开展了基于二向色镜的三路高功率激光组束实验研究，将中心波长分别为1059、1075、1090 nm的4 kW近单模光纤激光器进行组束，实现了11.34 kW的激光输出，组束效率超过95%。随着输出功率的提升，二向色镜温升越来越高，光束质量相较于子光束呈现逐步退化的趋势，当满功率时，组束激光在两个方向的光束质量分别为M²x=2.941和M²y=3.183。分析了影响组束效率和光束质量的原因，并对二向色镜基底厚度对光束质量的影响规律进行了实验研究，为进一步优化组束激光的光束质量提供重要参考。

研究了高功率光谱组束系统内光路的气体热效应对激光远场光束质量的影响。通过同等功率密度传输的子光束与合成光束的远场光斑分布对比研究,明确了子光束中的受激拉曼散射是造成组束光路气体热效应的主要因素。当拉曼光功率密度仅为180 W/cm 2时,远场光斑即出现了中心强度明显下降、能量分散等劣化状态。研究了激光传输路径长度对气体热效应的影响,当光程从100 mm增加至450 mm时,远场光斑的峰值强度逐渐下降,光斑逐渐变散。通过向密封的组束装置中充入氮气,基本可以消除气体热效应对远场光束质量的影响,可作为一种有效的气体热效应抑制手段。研究成果为光谱组束激光器的光束质量优化提供了有效支撑。

根据反向并联二极管的外围结构和材料构成, 以四端口S参数包的形式建立了二极管结外围无源结构的三维电磁模型, 与非线性仿真软件中的肖特基结模型结合起来建立太赫兹二极管对的完整模型, 这样的处理方法提高了计算机仿真的准确性。分谐波混频电路制作在12 ?滋m厚度的砷化镓基片上, 单片电路悬置安装在本振和射频中间剖开的减高波导腔体内。在本振5 mW功率注入时混频单片在330 GHz的频带范围内最小插损为10 dB。因为单片集成电路以四个梁式引线与波导外壁柔性连接, 一端固定在波导壁上, 混频单片电路能够释放腔体随温度变化而产生的机械应力。

研制了激光清洗用高能量纳秒脉冲掺镱光纤激光器,该激光器采用主动调Q技术产生纳秒脉冲,脉冲经两级主振荡功率放大器(MOPA)后可以获得高的能量和平均功率。在重复频率为100 kHz时,激光器输出的平均功率最高可达302 W,脉冲宽度为203 ns,单脉冲能量为3 mJ,光光转换效率为84%。利用该激光器进行了激光除锈实验,实验结果证明该激光器稳定可靠,可满足激光除锈、激光除漆等多种应用的需求。

为了解决光纤激光器外腔光谱组束中存在像差以及发光单元反馈不足等问题, 采用将组束系统中单个传输透镜准直和聚焦功能分离的方法, 搭建了光纤激光外腔反馈系统, 实现了激光波长的锁定。结果表明, 该系统光光转换效率为91.5%, 反馈输出线宽为0.16nm, 输出功率为29.7W, 组束方向M2=1.241, 非组束方向M2=1.171,实验结果同理论分析相符。该外腔反馈方案可以应用于光纤激光器光谱组束。

针对高功率光纤激光器的空间应用,采用976 nm和915 nm两种波段作为抽运源的光纤激光器进行辐照实验,采用的有源光纤均为20/400 μm掺镱光纤,输出功率分别为32.68 W和32.04 W。辐照源为Co ⁶⁰源γ射线,总辐照剂量为12.4 krad,辐照后976 nm和915 nm抽运光纤激光器输出功率分别降至20.09 W和5.63 W。研究结果表明,976 nm抽运光纤激光器抗辐照性能优于915 nm抽运光纤激光器。另外,采用无源器件,如光纤合束器和包层光剥离器进行辐照实验,结果发现辐照后光纤合束器耦合效率降低,包层光剥离器的剥离度增大,故辐照对无源器件也有影响。

采用脉冲激光对38CrMoAl材质样件进行了激光清洗试验研究, 通过显微镜、白光干涉仪、台阶仪、红外测温仪等分析方法, 研究了38CrMoAl材料表面污染物的清洗阈值、损伤阈值、激光功率密度对清洗效果的影响规律。结果表明, 当激光功率密度大于1.22 J/cm2时, 样件表面污染物开始被有效清除, 对应污染物的清洗阈值, 当能量密度增加到3.11 J/cm2时, 38CrMoAl基材开始出现损伤, 对应基材的损伤阈值; 当能量密度位于清洗阈值和损伤阈值之间时, 清洗机理主要为振动效应; 当激光能量密度为2.36 J/cm2时, 清洗效果最好, 样件表面污染物去除干净, 清洗前后表面粗糙度基本没有变化, 基材无损伤, 激光清洗可满足38CrMoAl材质样件的精密清洗需求。

高功率窄线宽光纤激光器在地球科学、光束合成、非线性频率转换等领域有重要的应用价值，近几年已经成为激光领域的研究热点。受激布里渊散射(SBS)、自相位调制(SPM)、四波混频(FWM)等非线性效应限制了窄线宽光纤激光器输出功率的提升。随着各种非线性效应抑制技术的发展，窄线宽光纤激光器的输出功率也得到了大幅提升，目前已经达到了千瓦量级。对1 μm波段高功率窄线宽光纤激光器的研究进行了详细的介绍，重点介绍了限制窄线宽激光器功率提升的非线性效应及其抑制方法、高功率窄线宽光纤激光器的种子源技术以及国内外典型的高功率窄线宽光纤激光器的研究成果。

实验研究了两路光纤激光器外腔反馈型光谱组束(SBC)，采用透射式衍射光栅作为组束元件，实现了1060 nm波长激光与1080 nm波长激光的光谱组束输出。输出光束组束方向光束质量为1.328，非组束方向光束质量为1.257，组束输出功率为57.3 W，光-光效率为91.7%。采用该组束方案可以降低单路激光器线宽的要求，同时验证了多路激光进行组束的可行性，通过增加组束光束个数可以进一步提高组束输出功率。