基于能量均分方法, 根据经典热传导和热弹性理论, 建立了激光二极管端面抽运梯度浓度掺杂棒状激光介质的数值模型, 考虑到梯度浓度掺杂激光介质端面与空气的对流换热和激光介质材料的热力学参数的温度相关性, 运用有限元法, 得出了单一浓度掺杂、2阶阶变梯度浓度掺杂、5阶阶变梯度浓度掺杂和理想梯度浓度掺杂四种掺杂结构激光介质内吸收系数、抽运光吸收功率、温度、热应力和应变的空间分布。结果表明, 采用梯度浓度掺杂结构可以大大提高激光介质内抽运光吸收分布的均匀性, 5阶阶变梯度浓度掺杂激光介质的最高温度、最大主拉应力和最大主应变分别为单一浓度掺杂激光介质的42.6%、31.9%和28.1%, 可见明显减小了热效应的影响。理论分析结果可为激光二极管抽运梯度浓度掺杂激光器的合理优化设计提供数据理论支撑。

复合使用连续激光与脉冲激光对金属靶材的烧蚀效果优于单一的连续激光或脉冲激光。为了给连续激光与脉冲激光复合作用模式的参数选择提供依据,采用试验研究与仿真研究相结合的手段,探究了复合激光时序加载对毁伤效能的影响,结果表明:在施加连续激光的过程中施加脉冲激光的毁伤效果最好;复合激光能显著缩短毁伤时间、增大烧蚀范围,且预热时间越长,造成的毁伤范围越大;复合激光中长脉冲激光能量过大将造成激光能量浪费,合理选择参数,实现连续激光的功率与长脉冲激光的能量匹配至关重要。

提出一种改进的Gerchberg-Saxton(G-S)算法,实现了基于环形光束的衍射光学元件的精确设计。所提算法可以确保输出平面上有小的采样间隔,起到了抑制散斑的作用;与未采用散斑抑制的常规的改进G-S算法相比,所提算法得到了更高性能的均匀光斑;仿真结果和实验结果一致。

为了实现2μm激光高效输出, 采用793nm激光二极管端面抽运掺Tm3+光纤激光器的方法设计了抽运光耦合系统, 分析了掺Tm3+光纤激光器的交叉弛豫效应及热效应, 并进行了相关的实验研究。结果表明, 获得耦合系统的耦合效率为84%; 当入纤抽运光功率为70W时, 获得34W激光输出, 斜率效率为59%, 中心波长为2001.2nm, 光束质量M2≤1.2。该研究结果对掺Tm3+光纤激光器的设计具有指导意义。

3-5μm波段中红外激光在医疗、环保、**等领域有着广泛的应用。固体激光器泵浦的光参量振荡器(OPO)是目前获得3-5μm激光的常用方式, 是激光器领域研究的热点, 国外已有报道采用ZGP-OPO方式获得27.1W的3-5μm激光。介绍了OPO获得3-5μm激光的技术途径, 以及中红外OPO的研究进展和在各个领域的应用。

随着泵浦源功率的提高和双包层抽运技术的发展, 掺Tm3+光纤激光器的输出功率已达到kW量级, 热效应逐渐成为限制掺Tm3+光纤激光器输出功率和光束质量提高的关键因素。主要分析了掺Tm3+光纤激光器的热效应以及一些常用的应对措施。

提出了快速傅里叶变换(FFT)计算短波长激光通过短焦距聚焦系统的传输特性的方法。快速傅里叶变换方法计算聚焦光束光场分布时，如果遇到短波长激光通过短焦距聚焦系统，会出现相位随机跃变、波函数失真和采样率不够的问题。采用坐标扩展变换，突破了快速傅里叶变换计算过程中输入屏和衍射屏空间尺度必须相同、抽样格点必须等间隔的限制，使上述问题得到解决，可以得到更加详细的聚焦光束光场分布。同时，采用分两步计算的思想，避免了计算焦平面附近光场时，坐标空间的几何扩展与光束衍射极限的矛盾。

为了研究非线性晶体KTiOAsO4的光参量振荡特性，根据动量、能量守恒定律和晶体色散方程，采用计算机数值模拟方法，对晶体的相位匹配、增益、有效非线性系数、走离角及允许角曲线进行了理论分析；当晶体采用Ⅱ类相位匹配方式，切割角度为θ＝90°，φ＝0°时，室温下得到了闲频光波长3463nm，最大单脉冲能量大于22mJ，脉宽不大于35.3ns，束散角不大于8.9mrad，脉冲重复频率为1Hz～40Hz。结果表明，KTiOAsO4晶体性能优良，非常适合中红外激光输出，为将来输出高能量、高峰值功率中红外激光奠定了基础。

报道了一种采用常规微秒级高功率脉冲二极管(LD)阵列抽运固体激光工作物质获得毫秒级长脉冲激光输出的方法, 可获得重复频率高工作寿命长的毫秒级长脉冲激光输出。将总输出峰值功率为1.2 kW,占空比为5%的六个二极管线阵分为两组, 通过分时抽运NdYAG棒的方式, 获得了脉冲宽度约为1 ms的激光输出。抽运电流为85 A时, 输出激光平均功率为11.2 W。