A high-power CW Yb:YAG slab laser amplifier with no adaptive optics correction has been experimentally established. At room temperature, the amplifier emits a power of 22 kW with an average beam quality (β) of less than 3 in 0.5 min. To our knowledge, this is the brightest slab laser without closed-loop adaptive optics demonstrated to date. In addition, an extracted power of 17 kW with an optical extraction efficiency of 33%, corresponding to a residual optical path difference of less than 0.5 µm, is achieved with the single Yb:YAG slab gain module. The slab gain module has the potential to be scalable to higher powers while maintaining good beam quality. This makes a high-power solid-state laser system simpler and more robust.

设计并制备了780 nm大功率半导体激光器的单管和巴条。采用金属有机化学气相沉积技术制备的外延结构，分别使用GaAsP和GaInP作为量子阱和波导层，限制层是具有高带隙的AlGaInP材料。量子阱与波导层带隙0.15 eV，波导层与限制层带隙0.28 eV，抑制了载流子泄露。1.55 μm厚非对称大光学腔波导结构抑制快轴高阶模，同时缓解腔面损伤问题。为进一步提高腔面损伤阈值，利用超高真空解理和钝化技术，在腔面上沉积了非晶ZnSe钝化层。条宽150 μm、腔长4 mm的单管器件，在电流为15 A时，输出连续功率16.3 W未出现COD现象，斜率效率达到1.27 W/A，电光转换效率为58%，慢轴发散角9.9°，光谱半高宽为1.81 nm。填充因子为40%的厘米巴条，在192 A下实现连续输出功率180 W，电光转换效率为50.7%，光谱宽度仅为2.2 nm。

柱矢量光束因其独特的偏振分布特性而在光镊、高分辨率成像、遥感、等离子体聚焦等领域发挥着重要作用。为实现全光纤高功率柱矢量MOPA激光器，采用自主设计基于集成超表面的模式转换光纤器件，进行了理论分析与实验验证。自主设计集成超表面的模式转换光纤器件可直接稳定输出数瓦功率的径向偏振柱矢量种子光，且输出模式纯度可达95%以上。实验中通过降低弯曲损耗并对模式进行控制，获得了单级放大输出功率为52.2 W的径向偏振柱矢量光稳定输出，且模式光场分布在输出功率增加过程中并未出现明显变化。为进一步分析输出的模式特性，采用旋转检偏器的方法检测输出光的偏振特性及偏振纯度，并利用非相干模式叠加方法计算了输出的径向偏振柱矢量光的模式纯度。结果表明，集成超表面模式转换的全光纤柱矢量MOPA激光器在最大输出功率情况下，输出光的偏振纯度约为95.2%，模式纯度约为94%，验证了该全光纤方案的可行性。

为研制近衍射极限的高功率半导体激光器，采用了片上光栅、窄脊型波导、锥形放大器一体集成的主控放大（Master Oscillator Power-Amplifier，MOPA）技术路线，以长度为8 mm、脊型宽度为3 μm的波导为单模种子源，配合长度为7 mm、全角为3.3°的锥形放大器，实现了功率10.3 W、慢轴光束质量M²（1/e²）因子=1.06，3 dB线宽40 pm，工作电光效率50.5%的半导体激光输出，并采用片上电致加热光栅调谐技术，实现了中心波长在4 nm范围内连续可调。

对976 nm波段超大光学腔结构半导体激光器的外延和谐振腔设计进行了数值研究。在量子阱层的下方和上方设计了模式控制层，以抑制快轴高阶模的激射。通过能带结构的调控抑制了电子泄漏，调控使得电子势垒从p波导层到p包层增加。优化后的外延结构内部损耗为0.66 cm^-1，内部量子效率为0.954，远场发散角半高全宽为17.4°。对于谐振腔设计，提出了沿谐振腔线性电流分布结构，以减少空间烧孔效应，这使激光器在20 A时功率提高了1.0 W。采用超大光学腔外延结构的4 mm腔长、100 μm发光区宽度的单管芯片，在25°C连续电流注入下，21 W输出功率时达到约71%的高功率效率。

针对掺铥光纤激光器泵浦源的需求，研制了波长为793 nm的高功率半导体激光芯片和尾纤耦合模块。激光器外延采用了非对称大光腔的波导结构，降低了模式损耗，波导采用无铝的GaInP材料，结合真空解理钝化工艺提高了腔面损伤阈值。通过外延结构和腔面镀膜的优化，研制的激光器单管输出功率达到12 W@11A，在输出功率8 W时通过了300 h老化测试。采用7只单管制备了尾纤耦合模块，耦合至100 μm NA.0.22光纤中，输出功率为40 W@7A，电-光效率为49.5%@40 W。