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。

为了使激光器输出高质量的光束, 采用一种简化计算各阶横模的衍射损耗的新方法, 进行了理论分析和数值计算。结果表明,当各阶横模的菲涅耳数N>0.7时, 与精确数值计算结果的相对误差在0.2%以内; 采用新算法计算出来的各阶横模的衍射损耗能够满足足够的精度, 是合理可行的。该研究可以为设计高光束质量的激光器提供理论指导。

为了改善非稳腔高能激光系统的光束质量, 提高发射光学系统口径的利用率, 采用新型的可用于光学非稳腔输出环形光束的光学整形方法, 通过在激光腔外的光路上增加光学元件对输出的环形激光束进行了整形变换。在理论分析的基础上, 设计并加工了基于双轴锥镜的光束整形装置, 针对非稳腔高能激光器输出的环形光束进行了整形实验, 取得了与理论分析一致的数据。结果表明, 采用双轴锥镜装置整形后的光束比原始光束具有更好的光束质量, 光束束腰直径由45mm减小为32mm, 光束质量因子M2由14减小到11.8。该方法用于光学非稳腔输出环形光束整形变换具有可行性。

利用马赫曾德尔干涉测量系统采集到等离子体的激光干涉图像。为了提高数据处理的精度, 应用了改进的数字式二次曝光傅里叶法从干涉图中获取了初始的缠绕相位, 并采用改进的基于掩膜与枝切法的相位解缠算法对缠绕相位进行相位解缠。在对解缠相位做Abel逆变换后, 得到了不同延时时刻下激光诱导环氧玻璃钢等离子体电子密度的空间分布。结果显示: 测量得到的电子密度主要为1018 cm-3数量级。实验表明, 在记录的时间范围内激光等离子体的电子总数变化不大, 且电子密度的变化与等离子体体积的变化大致成反比。

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。

为了给组合使用长脉冲与连续激光作用模式参数的选择提供依据，利用有限元软件ANSYS建立了组合激光辐照2A12铝合金的三维参数化有限元计算模型，进行了不同组合参数下温度场和应力应变场的计算。模拟结果表明，使用连续激光预热能显著增强长脉冲激光的作用效果。预热时间越长，材料的屈服时间（即从施加脉冲激光到材料发生塑性屈服的时间）越短，塑性变形以及屈服范围越大。在占空比为10%的长脉冲串作用下，导热系数较大的铝合金在脉冲间的温度和塑性应变积累并不明显。当激光功率在104 W/cm2量级时，对于同一参数的长脉冲激光，连续激光的预热时间比其功率密度对铝合金的影响更大。

为了给长脉冲与连续激光联合作用模式的参数选择提供依据，采用ANSYS分析了长脉冲激光和连续激光共同辐照下2A12铝合金的温度场，得到了不同连续激光与长脉冲激光加载起始时刻的时间间隔和不同光斑半径组合情况下激光辐照中心点的最高温度和熔池的大小。结果表明，随着时间间隔的增大，激光辐照中心点的最高温度越高；当两束激光的时间间隔大于某特定值时，脉冲激光所造成的温升才会逐渐增加；激光辐照中心点的最高温度和熔池的大小主要由峰值功率较高的长脉冲激光决定，但是如果选择合适的连续激光预热，尤其是当连续激光的功率密度达到105 W/cm2量级时，联合作用能显著增大熔池的尺寸，并适量提高辐照中心点的温度。

为了研究角锥棱镜阵列谐振腔的输出特性，利用角锥棱镜阵列作为后腔镜，与平面镜构成角锥棱镜阵列谐振腔，模拟计算了角锥棱镜阵列谐振腔输出模式的近场及远场分布，理论分析了谐振腔的相干输出，实验获得了采用该腔型的钕玻璃激光器的输出模式的近场及远场分布。结果表明，模拟计算与实验得到的模式分布相吻合，近场光斑外形为六边形，与角锥棱镜阵列形状相似；远场聚焦光斑中心为一强峰，周围分布着多圈强度小得多的次峰，各圈的脉冲峰数量及分布同角锥棱镜阵列中对应圈的角锥棱镜的数量及分布一致。理论与实验证实了利用角锥棱镜阵列谐振腔实现激光器相干输出的可行性。

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。

提出将束转动90°环形非稳腔应用于片状陶瓷YAG激光器的设计。该设计采用两个薄片状YAG增益介质垂直放置形成屋脊镜，与另一屋脊镜共同构成光束旋转系统。采用快速傅里叶变换方法，计算了该腔的空腔模式分布。分析了该腔对抽运不均匀影响光束质量进行补偿的机理。并以片状增益介质侧面抽运不均匀为模型，计算比较了束转动90°环形非稳腔与常规腔的光场分布。说明束转动90°环形非稳腔应用于固体激光器，对抽运技术引起的不均匀增益平均化，改善了光束质量。为束转动90°环形非稳腔在固体激光器的应用提供依据。