为了发展一种引发脉冲HF／DF激光器的新型放电技术。采用均匀粗糙表面的阴极在注入能量密度高达200J／L时仍可在激光介质中获得均匀稳定的体放电。优点是无需任何预电离，且对电极面型无特殊要求。针－盘电极实验表明，在非链式脉冲HF／DF激光介质中单通道放电表现为扩散均匀的辉光放电，板－板电极的体放电从粗糙阴极开始，阴极表面产生许多明亮的圆形亮点，每一个亮点随后形成一条向阳极扩散的通道，这些扩散的通道相互重叠形成了空间均匀的体放电。初步实验结果表明，采用这种技术可以实现高能、高重复频率的脉冲HF／DF激光输出。

从理论上研究了高气压CO2激光器的宽带输出频谱特性.结果表明,在20个大气压下,CO2激光器有宽带输出,带宽高达5.0 cm-1(相当于150 GHz),从971 cm-1～976 cm-1,峰值在10R(16)线处,10R(14)线和10R(18)线差不多对称地分布其两侧.很小的增益差异(4.6%)造成了很大的能量输出差异(100多倍).比较了谐振腔内有无色散元件时的输出频谱,理论证明了谐振腔内无任何色散元件时的宽带输出频谱是光滑连续的,而频率依赖的反馈引起了输出频谱很强的精细结构.理论计算结果与实验测量结果符合较好.

TEA CO₂激光器输出光束的能量密度分布一般为平顶型分布．为了给研究和分析TEA CO₂激光器输出光束提供一种新的处理方法，采用FGB理论，对实验测量的一台TEA CO₂激光器输出的实际平顶型光斑的能量密度分布按厄米－高斯函数进行了展开．根据展开结果，对TEA CO₂激光器输出光束的空间分布特性进行了分析与讨论．初步证实了TEA CO₂激光器输出光束的能量密度分布可以按厄米－高斯函数展开．

实验通过采用最大输出脉冲能量为100 J的TEA CO2激光器,研究了从13～80 J的激光脉冲能量对大气呼吸模式激光推进冲量耦合系数的影响。结果表明当脉冲能量在80～24 J变化时,冲量耦合系数没有明显变化,当脉冲能量下降至22 J以下时,冲量耦合系数下降52%。对这一特性进行了初步的理论分析,并通过改变实验环境气体压强,对这一理论进行了验证。

为了研究TEA CO2激光输出的脉冲波形对激光推进中冲量耦合系数的影响，通过激光技术手段，改变激光混合气体比例及压强，控制激光器脉冲输出波形,将激光的脉冲宽度压缩近50%。在此基础上进行的激光推进冲量耦合系数的实验测量和数值计算结果表明，对于大气呼吸模式TEA CO2激光推进而言，在不影响工质击穿功率密度的情况下，减小脉冲前段起击穿工质作用的尖峰部分占整个脉冲能量的比例，有利于获得高的冲量耦合系数。脉冲宽度大于二维运动的特征时间时，获得的冲量耦合系数也高于脉冲宽度偏小时所获得的冲量耦合系数。

扩展了脉冲CO2激光器的多频动力学理论。将多频动力学模型中的光强方程用光场方程代替,建立了脉冲CO2激光器注入锁定的理论计算模型。采用四阶经典龙格库塔(Runge-Kutta)算法,计算了不同注入信号强度和失谐频率下的激光输出功率、瞬时频率和增益系数。研究了注入锁定宽调谐横向激励大气压(TEA) CO2激光器模式锁定的稳定性问题。研究结果表明,当频率偏离谱线中心600 MHz时,为了实现稳定的模式锁定所需要的注入信号强度应比在谱线中心处高出两个数量级。理论结果和已发表的实验数据符合得很好。研究进一步预示：当激光器气压增大至10倍大气压时,对于同样调谐范围所需的注入信号强度仅比在谱线中心处高出10%左右。

提出了一种新型侧面滑闪放电技术,为TE CO2激光器均匀放电提供高效、均匀的紫外预电离。采用这种技术,成功实现5.5 cm电极间距的高气压CO2均匀放电,放电截面达27.5 cm2。放电体积为5.5 cm×5 cm×90 cm的单元模块采用V(CO2)∶V(N2)∶V(He)=1∶1∶4的混合气体在60 kPa的气压下,获得了53 J的激光脉冲输出,激光比输出能量达3.46×10-4 J/(L·Pa)。采用简单的谐振腔,利用两个相同的单元模块串联实现了103 J的激光输出。实验表明双模块器件存在很强的激光脉冲能量增强效应,双模块串联输出的激光能量比单模块激光能量的两倍还大15%。

针对储存环自由电子激光器(SR-FEL)激光谐振腔腔镜对于光学膜系的要求,利用电子束蒸发沉积技术,研制了宽带与双带两种“HfO2/SiO2+Al2O3/SiO2”腔镜光学膜系。所研制的宽带紫外(UV)光学膜系,其光谱可调谐范围为320～390 nm,在355 nm中心波长的透射率测量值为T(355 nm)=0.097%,绝对反射率测量值为R=99.349%;所研制的双带谐振腔光学膜系,其光谱调谐范围分别位于200～274 nm与320～375 nm。在不同波长处的光学透射率测量值分别为T(198 nm)=1.275%,T(248 nm)=0.028%,T(266 nm)=0.100%,T(355 nm)=0.194%。在不同波长处的绝对反射率测量值为R(248 nm)=98.423%,R(266 nm)=98.298%,R(355 nm)=99.651%。

理论上研究了高气压CO2激光器的脉冲瞬态特性。脉冲放电CO2激光器的动力学机制采用六温度多频动力学模型来描述,该模型充分考虑了增益谱线重叠效应,序列带、热带的影响,以及非洛仑兹线型效应。通过数值计算,给出了不同气压下激光形成时间及脉冲宽度和比注入能量或激光输出能量的关系,并与在400 kPa,600 kPa,800 kPa,1000 kPar气压下的实验结果进行了比较,吻合很好。结果表明,250 mJ到1000 mJ激光输出能量的变化会引起120 ns到35 ns脉宽及1000 ns到400 ns形成时间的变化,为设计特定应用的高气压CO2激光器提供了理论依据。

为了解决激光推进自由飞行演示中飞行器垂直飞行的稳定性问题,设计了旋转发射平台装置。在飞行器起飞前,给其施加一定的转速。当转速达到700 r/m时,质量为4.2 g,焦距为10 mm的抛物面型飞行器在单脉冲输出能量为13 J,重复频率50 Hz的TEA CO2激光器的推进下,成功实现了重复频率脉冲激光推进竖直自由飞行演示。飞行高度达到2.6 m,飞行持续时间为1.75 s。结果表明,在激光输出能量一定的情况下,通过提高飞行器的转速,可以提高激光推进自由飞行演示中飞行器的稳定性,从而适当地提高飞行高度。