理论分析了室温条件下掺铁硒化锌（Fe2+∶ZnSe）激光横向寄生振荡特性，结果显示通过减小抽运光斑尺寸可有效提升寄生振荡反转粒子数阈值，从而抑制Fe2+∶ZnSe激光横向寄生振荡。以非链式脉冲氟化氢（HF）激光器为抽运源，搭建了Fe2+∶ZnSe激光器实验装置，通过插入不同孔径的光阑，实验研究了不同抽运光斑尺寸下的Fe2+∶ZnSe激光输出特性。实验结果表明，对于端面尺寸为20 mm×20 mm的Fe2+∶ZnSe激光晶体，当抽运光斑尺寸≤9.2 mm时，横向寄生振荡现象可得到有效抑制，与理论分析结果相符。室温条件下，所获得的最高Fe2+∶ZnSe激光脉冲能量为136 mJ，斜效率为33.2%，相对于抽运激光能量的光-光转换效率为26.5%。

研制了一台放电激励重复频率运转的高功率非链式脉冲氟化氘(DF)激光器，采用倍压式储能电路及自引发体放电激励方式，在SF6 和D2 的混合气体中实现了体积为1.65 L 的均匀辉光放电；凭借大流量离心风机提供的8.5 m/s风速实现了电极间工作气体的快速更新；运用介孔碱性分子筛完成对放电产物的吸附处理。实验研究了工作气体参数及充电电压对激光器输出性能的影响，在总气压8.1 kPa，SF6 与D2 工作气体配比为8∶1，充电电压为43 kV 时，获得了3.46 J的单脉冲能量，电光转换效率为3.12%，脉冲宽度为135 ns。在50 Hz时，获得了平均功率为150 W 的激光输出，其脉冲幅值差优于±8%。实测远场发散角在水平方向和垂直方向分别为7.92 mrad和9.58 mrad，并采用DF激光谱线分析仪测试获得了22条激光谱线。结果显示，放电激励非链式脉冲DF激光器是获得高功率中红外激光的有效途径。

3~5 μm中红外波段激光源是近年来备受国内外关注的研究热点, 本文综合评述了产生中红外波段激光的5种主要方法(CO2激光倍频技术、泛频CO激光技术、光学参量振荡器、氟化氘激光器、Fe2+∶ZnSe固体激光技术)的国内外发展现状, 总结分析了各种方法的关键技术和存在的问题, 指出了该技术的未来发展趋势。

依据非链式脉冲氟化氘（DF）激光器的反应机理，采用速率方程理论，建立了非链式脉冲DF激光器动力学模型。采用Runge-Kutta法对该模型进行数值计算，得到了最佳气体比例和最佳输出镜反射率参数。采用紫外预电离放电引发方式，对非链式脉冲DF激光器进行了实验研究，得到了激光器输出的主要技术参数，实验结果与理论计算结果相吻合。理论分析和实验结果均表明，可以通过优化工作气体比例和输出镜反射率参数来改善激光器的输出性能。在工作气体分压比为101、输出镜反射率为30%时,激光器输出性能最佳，此时实验得到的单脉冲激光能量为4.95 J，脉冲宽度为148.8 ns，峰值功率为33.27 MW。

为了提高非链式脉冲DF激光器注入能量和放电稳定性，研究了火花针紫外预电离放电引发非链式脉冲DF激光器的电路特性。通过分析工作气体中SF6分子的碰撞解离及其对电子的吸附过程，得到了电子连续性方程，结合放电回路基尔霍夫方程建立了描述DF激光器放电特性的数学模型。运用该模型模拟了预电离放电电压、主放电电压及电流随时间的变化关系，模拟结果较真实地反映了预电离放电与主放电之间的时间延迟、主电极间的击穿及自持放电等物理过程。利用非链式脉冲DF激光器样机对模拟结果进行了相应的实验验证，测量得到的主、预放电电压波形与修正后的模拟电压波形一致。进而运用该模型研究了主储能电容、延迟电感、锐化电容对放电特性的影响，得到了有助于提高DF激光器放电性能的电路参数。

采用紫外预电离的横向放电方式和稳定光学谐振腔, 使用无毒无腐蚀性的六氟化硫(SF6)和氘气(D2)作为工作物质, 研究了工作气体配比、总气压对放电引发非链式脉冲氟化氘(DF)激光器输出能量的影响。实验发现SF6与D2的最佳比例为10∶1, 最佳总气压为10.5 kPa。使用DF激光谱线分析仪对激光输出谱线进行了测量, 得到了17条P支跃迁谱线, 激光能量集中在3.876 μm附近的几条谱线。利用烧蚀光斑的方法测得输出激光束水平方向、垂直方向的发散角均为1 mrad。在最佳工作条件下, 充电电压为39 kV时, 激光单脉冲输出能量达到最大值3.58 J, 此时激光脉冲宽度为215 ns, 峰值功率为16.65 MW, 电光转换效率为2.08%。

针对传统聚光系统聚光倍数低、造价昂贵且结构复杂的弊端, 对高倍太阳能聚光镜进行了设计研究。利用卡塞格林结构具有高倍聚光及光束耦合的优点进行编程建模, 设计了新型高倍太阳能聚光镜, 给出了设计方法及运用光学软件ZEMAX以不同入射角度入射时的模拟结果。模拟结果表明, 设计的太阳能聚光镜消除了球差的影响, 在太阳光入射角为05°时, 实现有效聚光比为544, 光学效率为84835%。该聚光镜较传统聚光镜有更高的光学效率, 并且结构简单、价格低廉, 有望商业化。

采用谐振腔内插入声光调制器（AOM）的方法获得了小型CO2激光器的高重频、窄脉宽、高峰值功率输出。通过分析CO2激光器声光调Q的工作原理，利用基于小信号增益和饱和光强的耦合输出数学模型给出了激光器最佳输出镜透过率的数值解，并运用相关实验装置对该数学模型进行了实验验证。理论分析和实验结果均表明：该声光调Q CO2激光器的最佳输出镜透过率为39%。研究了激光器输出性能随脉冲重复频率的变化规律，当脉冲重复频率＞1 kHz时，激光器输出峰值功率下降，这与CO2分子上能级寿命有关，并受声光调Q开关热效应的影响。实验中获得的激光器脉冲频率在1 Hz～100 kHz可调。在脉冲频率为1 kHz时，获得的激光脉冲宽度为156 ns，脉冲峰值功率为10 kW，且稳定性较好，非常适合于作激光与物质相互作用的光源。

为了获得2.15~1 500 μm的相干光源，研究了CO激光在高质量非线性晶体ZnGeP2和GaSe中的混频效应。为了提高转换效率，在激光锁模方式下对CO激光器的二次谐波、和频和差频的产生进行了研究。结果显示，利用GaSe晶体和ZnGeP2晶体，调Q多谱线CO激光辐射的谱线内倍频效率分别大于0.3%和1.1%。采用ZnGeP2晶体进行倍频时，可调谐锁膜CO激光器的转换效率为12.5%。模拟结果显示，二次谐波与和频产生的输出光谱相同。相邻谱线下，和频和差频的产生过程中，基波和一次谐波可以分别在4.0~5.0 μm和100~≥1 200 μm (太赫兹范围)形成振荡。利用锁模CO激光器在ZnGeP2晶体中的混频效应，可以得到2.15~≥1 500 μm的相干光源，同时转换效率可达到甚至高于12.5%。

利用Nd∶KGW激光器，采用光束扫描宽化技术和掩模微缩成像方法研制了用于微打标及微型零件雕刻成形的激光掩模微加工系统。系统采用计算机打印的塑料胶片或液晶作掩模，光束扫描面积为(有效掩模面积)30 mm×30 mm。微缩成像系统的缩小倍率分别为8～10倍(f=100 mm透镜)和15～20倍(f=50 mm透镜)。对该系统的加工尺寸和加工精度进行了分析。实验结果表明：系统达到的最小标刻宽度和加工图形精度均为10 μm，与分析结果一致。系统的单次加工深度为007～01 μm，最大加工深度为200 μm，可满足工业微加工技术的基本要求。