研制了一台子脉冲序列模式Er∶YAG激光器,获得了每秒80个和100个子脉冲高能量激光输出,开展了不同脉冲宽度的子脉冲对离体牙本质的激光消融实验。实验中使用的是子脉冲序列模式激光器,其重复频率为20 Hz,脉冲包络能量为45 mJ,子脉冲宽度分别为20,30,40,50 μs,在无冷却水雾条件下分别对比了子脉冲宽度对牙本质消融量、牙髓腔温升和坑洞组织形貌的影响。结果表明:在相同的激光脉冲能量下,较窄的子脉冲宽度不仅能够增加消融量,降低牙髓腔温升,从而延长操作时间,而且可以获得更好的消融坑洞组织形貌,牙小管的开放程度较高,有利于黏接修复治疗。

激光器问世不久后, 科研人员就开始利用相干合成技术实现激光系统的高能输出。 被动相干合成技术具有结构简单、可扩展和能够利用系统的自组织特性实现单元激光器之间的相位锁定等特点, 所以在 高能激光领域备受关注。介绍了几种典型的被动相干合成技术 (基于全光纤结构、多芯光纤结构、自成像外腔结构和环形腔结构) 以及相关的研究进展。在相干合成技术中, 合成效率和亮度是评价合成效果的两个重要参数。

设计了一种双程抽运可调谐光参量振荡器(OPO)。利用1.065 μm单频脉冲光纤激光器抽运周期性畴极化掺镁铌酸锂晶体(MgO:PPLN), 采用反射式布拉格体光栅压窄振荡信号光, 将闲频光的谱宽从自由振荡时的38 nm压窄到0.42 nm, 并将振荡阈值降低至6.7 W, 从而获得了高转换效率的中红外激光输出。通过调节体光栅的角度和温度, 实现了闲频光230 GHz的调谐输出; 当闲频光输出功率为2.5 W时, 其水平方向和垂直方向的光束质量因子分别为1.8和1.9。

研究了调Q Er:YAG激光消融离体牙本质过程中水雾的作用及其对消融后牙本质微结构的影响。调Q Er:YAG激光重复频率为3 Hz，脉冲宽度为62 ns，作用脉冲数为10，能量范围为4～70 mJ，水雾流量分别为0，4，9，13 mL/min时消融牙本质。每种实验条件下消融10个牙本质样品，利用扫描电镜观察消融坑洞微结构。实验结果表明，随着水雾流量的增加，调Q Er:YAG激光对人牙本质的消融阈值呈逐渐增加的趋势，牙本质所受机械损伤减小。实验结果对了解调Q Er:YAG激光消融牙硬组织的微观结构及牙科治疗应用具有参考价值。

在医用激光技术领域中,对于高峰值功率激光以及中远红外波段激光,通常需要使用多关节导光臂将激光传输到患者治疗部位。光束无形变、发散角压缩是设计导光臂的基本要求。针对使用凹面反射镜对激光发散角进行压缩的方法,理论分析和数值模拟了它在压缩发散角过程中带来的圆形光斑退变为椭圆形光斑的现象以及补偿方案,并通过实验证实了补偿方案的可行性。

研究了Er:YAG激光消融离体牙本质过程中激光脉宽对消融阈值、消融深度以及消融后牙硬组织微结构的影响。使用50 μs到1 ms脉宽的Er:YAG激光对人牙本质在无喷水冷却下消融实验，通过体式光学显微镜观察样品消融切口进而测量消融坑洞深度，利用扫描电镜(SEM)观察消融后牙本质的形态。实验结果表明，随着激光脉宽的增加，Er:YAG激光对人牙本质的消融阈值、消融深度呈现逐渐增大的趋势，同时还观察到高能量密度消融实验中牙小管封闭以及牙本质熔融现象。该实验结果对了解Er:YAG激光消融牙硬组织的微观过程及牙科治疗应用具有参考价值。

为了提高结石碎石率和粉碎程度、减小碎石过程中副作用, 采用电光调Q技术, 设计了高峰值功率输出的纳秒钬激光碎石系统。从冷却温度、透过率、腔长等方面进行了理论分析, 在冷却温度22℃、重复频率3Hz、抽运能量200J的条件下进行了实验验证, 获得了腔内最大单脉冲能量443mJ、脉宽90ns激光输出的数据。结果表明, 该系统可输出高峰值功率的纳秒钬激光, 碎石时间短, 可粉碎任何成分的结石,一次碎石率高,粉碎程度高。这为下一步产业化打下了基础。

激光二极管(LD)端面抽运激光器存在一个最佳增益介质长度，过长或者过短的晶体都会导致激光器输出性能的降低。为了研究热致衍射损耗对最佳增益介质长度的影响，采用理论分析与实验相结合的方法，通过对晶体增益与损耗平衡理论分析计算，求解得到了Nd∶GYSGG晶体的最佳增益长度为7.8mm。同时开展了对不同长度晶体的激光对比实验，证明了接近最佳增益长度的8mm晶体实验效果最佳，在脉冲抽运频率1kHz、能量约7.6mJ条件下，获得了约2.4mJ激光输出，相应的光光转化效率为31.6%。结果表明，该研究对LD端面抽运Nd∶GYSGG激光器的优化设计具有参考意义。

绿光激光雷达是探测大气气溶胶的有效工具。作为光源的激光器对激光雷达有决定性的影响，激光器性能的改善将显著提高激光雷达的探测能力。依据微脉冲激光雷达光源的要求，研制了一台高光束质量、高重复频率、高脉冲能量的紧凑型激光二极管(LD)端面抽运声光调Q毫焦耳级532 nm绿光激光器。在2 kHz的重复频率下，获得了脉冲能量为0.9 mJ、脉宽为22 ns的绿光输出，光束M2因子小于1.76、能量不稳定度为±2%。该激光器有助于提高微脉冲激光雷达的探测距离、探测速度和探测精度。

高脉冲能量中红外激光在远程大气探测和目标识别中有着重要的应用，为了获得高脉冲能量的中红外激光输出，选用自主生长的ZnGeP2(ZGP)晶体作为中红外参量非线性晶体，晶体采用Ⅰ型相位匹配，切割角度为55°，利用自行研制的2.09 μm La3Ga5SiO14(LGS)电光调Q Cr,Tm,Ho:YAG激光器作为ZGP光参量振荡器(OPO)的抽运源。光参量振荡器采用对抽运光具有反射的双程抽运结构以提高转换效率，采用脉宽约35 ns的2.09 μm调Q钬激光直接抽运ZGP-OPO，在单谐振振荡结构下获得了脉冲能量为5.9 mJ的4.8 μm中红外激光输出，光光转换效率为13.1%，斜率效率为17%；在双谐振振荡结构下获得了脉冲能量为9 mJ的3.7 μm和4.8 μm中红外激光输出，光光转换效率为23.9%，斜率效率为26.7%。