气体介质稳定体放电是放电激励气体激光器高效输出的基础和前提, 预电离是实现高压气体介质稳定体放电的有效技术途径之一。基于放电激励脉冲HF激光器电气结构总体设计要求设计了结构紧凑的紫外光自动预电离装置, 并对其在气体介质中预电离产生的初始电子数密度进行了数值模拟。模拟结果表明: 在整个放电区域内初始电子数密度均在109/cm3左右, 满足介质体放电要求。通过激光器能量输出实验评估了预电离效果, 对SF6和H2混合气体介质, 在充电电压较低时, 输出能量有数倍的提高; 对SF6和C2H6混合气体介质, 在充电电压20 kV时激光器输出能量由200 mJ提高至297 mJ, 提高了近50%。实验结果表明: 该预电离装置对改善激光器能量输出特性有明显效果。

放电引发重频HF/DF激光器具有的波长和功率优势使其成为当前中红外激光技术研究的热点之一。介绍了在利用紫外预电离横向放电结构建立的放电引发重频HF激光装置上，通过对气体循环系统增益区流场结构分析和注入管道结构的优化设计开展的重频能量稳定输出实验研究。实验结果表明，通过管道结构的优化设计，放电增益区流场均匀性得到明显改善，气体置换的最低流速达到6.5 m/s，激光器稳定运行频率由60 Hz提高到100 Hz，且稳定体放电的单位体积放电沉积能量由1.6 J/(ml?atm)(1 atm=1.013×105 Pa)提高到2.0 J/(ml?atm)，激光平均功率达到40 W。

反应产物基态HF分子对激态HF分子的碰撞弛豫是导致非链式脉冲HF激光器激光能量快速下降的重要原因.为解决该问题，理论分析了3A型分子筛去除基态HF分子的可行性，并开展了实验研究.实验结果表明，在不采用任何激光介质净化技术情况下，激光器重复频率50 Hz出光20 s的激光能量下降率高达52%，无法满足高功率重频HF/DF激光器的应用需求.在激光器循环管道中增加3A型分子筛吸附单元之后，激光器连续10余次重复频率50 Hz出光20 s的激光能量下降率小于15%，其中首次出光能量下降率仅为7.2%，提高了激光能量稳定性且延长了激光介质使用寿命.3A型分子筛不仅对基态HF分子具有良好吸附效果，而且具有再生活化功能，有望取代非链式脉冲HF激光器激光介质净化技术中常用的化学吸附法.

高功率重频HF/DF激光因其具有的波长和功率优势成为当前中红外激光技术发展的热点之一。介绍了利用紫外预电离横向放电结构和工作气体循环系统建立的放电引发高功率重频HF/DF激光装置。在对激光工作介质SF6/C2H6混合气体放电特性和激光输出特性研究的基础上，开展了强电负性气体的重频均匀体放电技术和气体快速循环置换技术研究，解决了泵浦源重频放电能量在气体介质中的有效沉积和提取问题，实现了激光器50 Hz的重频稳定运行和能量稳定输出，HF激光的平均功率达到28 W，脉宽100 ns，峰值功率5.6 MW。

XeF(C-A)蓝绿激光的增益系数较低, 仅为0.003 cm-1, 要获得高能量窄线宽激光输出有一定难度。利用色散元件棱镜开展了高单脉冲能量窄线宽激光输出实验研究, 结果表明: 采用凹面输出镜的情况下, 激光线宽可以压缩到约2.5 nm, 激光输出能量最大为3.47 J; 采用平面输出镜, 激光线宽压缩到约0.7 nm, 激光输出能量最大为2.93 J, 激光光谱调谐范围最大可达到60 nm, 在460～520 nm之间。

在放电激励重复频率气体激光研究中，激光器重复频率运行能量稳定输出是提高其输出平均功率及其实用化的基础。利用实验室已建立的单脉冲输出能量焦耳级的放电激励重复频率脉冲HF激光装置，通过调节气体介质循环速率及优化实验条件，开展激光器重复频率运行稳定输出实验研究，获得激光器重复频率运行时能量稳定输出的最佳工作条件。研究结果表明：随着运行频率的上升，激光输出能量衰减较快；增大气体介质循环速率有利于改善放电稳定性，提高激光器重复频率运行时输出能量稳定性。当混合气体工作介质以3.5 m/s的流速循环时，激光器可实现1~50 Hz重复频率激光输出，在重复频率50 Hz运行时稳定输出能量约130 mJ，能量波动约5%。

利用紫外预电离横向放电和气体循环结构建立了一套放电激励重复频率HF激光装置。研究了激光器工作介质SF6/C2H6混合气体放电特性和激光输出特性，获得激光器单次运行的最佳输出参数；通过对激光器重复频率运行时不同气体流速、充电电压与气体总压条件下的放电状态和输出能量的比较，分析了激光器重复频率稳定运行的必要条件。结果表明：所研制的激光器最大单脉冲能量0.6 J，峰值功率3 MW，电光转换效率2.4%；当混合气体工作介质以3.5 m/s的流速循环时，激光器稳定运行的最高工作频率可达50 Hz，脉冲输出能量稳定在0.26 J，平均功率达到13 W。

采用电子束和气体放电两种激励方式开展重复频率非链式HF激光研究。基于全固态脉冲功率源SPG-200建立了重复频率HF实验装置，探索了产生重频大面积均匀电子束的技术途径，利用法拉第筒对进入激光气室的电子束的轴向均匀性进行了诊断，开展了激光器输出特性研究和重频实验调试，在C2H6∶SF6＝0.035，总气压为35 kPa时，激光器输出能量最大约为4.8 mJ，并实现了最高30 Hz的HF激光稳定输出。采用峰化电容及紫外自动预电离技术设计研制了放电激励重频HF激光器，研究了SF6气体放电特性和重频运行稳定性。研究发现SF6气体放电具有典型的辉光放电、电压维持和电弧放电三阶段特征。在充电电压为28 kV，总气压为12 kPa，C2H6含量为8%时，放电激励HF激光器最大脉冲能量约600 mJ，比能量输出达到8.5 J/l，激光器的电光转换效率约为2.5%。该激光器在1~50 Hz实现了重频输出，首脉冲能量>500 mJ，在10 Hz时稳定输出能量约为200 mJ。

研究了电激励脉冲HF激光工作介质SF6/C2H6混合气体的放电特性。通过对放电等离子体荧光图像和放电波形的测量, 分析比较了不同条件下放电稳定性、剩余电压、能量沉积效率等特性参数的变化情况。实验结果表明: 混合气体的放电过程存在主放电、剩余电压维持和电弧放电3个阶段, 各阶段的放电特性有所差异; 提高充电电压有利于放电能量的有效沉积, 也会使不稳定的电弧放电提前; 增加C2H6原子分数能起到抑制电弧放电的作用; 混合气体总压的增加会导致剩余电压的提高以及辉光放电的能量沉积效率的降低; 最佳的能量沉积出现在电弧放电阶段与辉光放电阶段即将融合的临界状态。

在电子束泵浦气体激光实验中,大面积均匀电子束是获得高效能激光输出的必要条件.介绍了利用SPG-200脉冲功率源产生大面积均匀电子束的实验.SPG-200是基于SOS的全固态重复频率脉冲功率源,其开路电压大于350 kV.用于产生电子束的真空二极管阴极长294 mm,宽24 mm,两端均为半径为12 mm的半圆,栅网平面为阳极面,两者之间的距离在0～49 mm可调,阴极发射的电子束通过用于隔离激光气室和二极管真空室的压力膜及其支撑栅网引出.分别以石墨和天鹅绒为阴极材料,获得了大面积电子束输出,给出了二极管参数的测量结果,并对电子束发射均匀性进行了诊断.实验结果表明:在阴极材料为石墨、阴阳极间隙为5～9 mm时,二极管电压为240～280 kV,二极管电流为0.7～1.8 kA,输出的电子束很不均匀;在阴极材料为天鹅绒、阴阳极间隙为31～46 mm时,二极管电压为200～250 kV,二极管电流为1.5～1.7 kA,输出的电子束均匀性较好.