为了对沈阳市某工业区附近大气中重金属等离子体光谱特性进行研究，采用双脉冲激光诱导击穿光谱技术(Double pulse laser induced breakdown spectroscopy, DP-LIBS)对样品中主要重金属等离子体光谱进行测量分析。通过比较单脉冲(SP)和双脉冲(DP)激发的样品等离子体光谱，发现采用DP-LIBS技术可以很好地增强等离子体光谱的强度。研究DP-LIBS光谱强度随两个脉冲激光的间隔时间变化，在脉冲间隔为15 ?滋s时样品中重金属等离子体光谱得到了最大的增强。同时DP-LIBS技术也会提高样品等离子体光谱的稳定性，谱线的相对标准偏差由6%降低为3%左右。最后对样品等离子体的电子温度及电子密度随双脉冲间隔时间的变化情况进行了研究。

为了获得高光束质量的脉冲固体激光输出,研究了高斯非稳腔固体激光器的模式分布。运用边界有限元法将谐振腔内光场衍射积分方程转化成矩阵方程组, 模拟分析了平凸高斯非稳腔内光阑位置、孔径大小以及高斯镜参数对输出光束模式的影响。基于理论模拟结果对激光器结构参数进行了优化, 分别测量了腔内不同光阑位置和孔径下的激光器输出光束振幅及模式分布情况。在光阑半径为1 mm、光阑距高斯镜为150 mm、泵浦电压为900 V的实验条件下, 光束质量M2x=19、M2y=23, 激光最大输出能量为280 mJ的高光束质量激光输出。实验结果表明, 在腔内加入选模光阑以及优化高斯镜参数可以进一步改善腔内模式分布, 获得高光束质量激光输出, 这与理论模拟结果基本相符。

利用MOPA激光种子源, 结合氙灯泵浦行波放大方法研制了高能量脉宽可调1 064 nm波段激光器。激光器采用电调制脉宽方式控制MOPA光纤激光器脉冲信号的输出, 在保证高光束质量的前提下, 实现了脉宽8.6~220.9 ns可调的1 064 nm种子激光输出。选用双通放大级设计, 利用氙灯泵浦Nd:YAG晶体实现五级行波放大, 分析讨论了抑制自激振荡方法和行波放大过程中脉宽变窄的原因。当氙灯注入能量为60 J, 重复频率10 Hz时, 实现了脉宽调范围为4.2~173.3 ns的稳定1 064 nm激光输出, 单脉冲能量最高可达158 mJ。

为了得到一种三倍频效率高达60%的355 nm脉冲激光器, 采用曲率半径分别为2 m的凹凸高斯镜和9 m的平凹全反镜组合作为谐振腔, 加以电光调Q, 得到1 064 nm高光束质量激光输出, 再将其进行行波放大, 获得重复频率10 Hz、脉宽7.3 ns、单脉冲能量1.01 J的1 064 nm基频光输出。利用 Ⅰ 类相位匹配LBO晶体进行二倍频、 Ⅱ 类相位匹配LBO晶体进行三倍频以得到波长为355 nm的紫外光输出。通过二倍频和三倍频输出特性和非线性晶体参数的分析和实验调试, 最终获得了单脉冲能量为608 mJ、脉宽为5.7 ns、线宽为2 nm的紫外激光输出。通过优化二倍频的转换效率, 可使1 064 nm基频光到三倍频得到的355 nm紫外光的转换效率达60%。

采用非稳腔光参量振荡(OPO)研制了千赫兹重复频率人眼安全波段全固态激光器。激光器采用电光调Q方式、脉冲激光二极管(LD)侧面泵浦Nd:YAG激光晶体实现了高光束质量的1.064 μm基频激光。光参量振荡部分采用Ⅱ类非临界相位匹配KTP晶体, 为了获得较好的光束质量, OPO谐振腔采用平凸非稳定谐振腔结构, 实现了千赫兹重频、窄脉冲1.57 μm波段激光输出。在脉冲激光二极管泵浦电流为125 A、电光调Q重复频率为1 kHz时, 1.57 μm激光输出最大平均功率达到了4.67 W, 激光脉冲宽度为4.3 ns, 功率不稳定度为3%, 激光泵浦阈值约为45 A。