在端抽运圆棒二极管抽运固体激光器(DPL)中，引入偏离因子来描述抽运光轴线和激光晶体间的同轴程度；并将偏离因子对模式增益和光束质量的影响做了理论分析和模拟，并以光纤耦合半导体激光器端面抽运圆棒Nd:YAG固体激光器进行了相应实验。理论与实验结果表明，偏离因子越小，则低阶模模式增益越大，在模式竞争中占据优势，输出激光的光束质量越好。要获得高增益和光束质量较好的低阶模输出，除了保证恰当的谐振腔结构外，控制抽运光与激光晶体同轴程度也是一个重要的手段。

提出了一种轴向不均匀热透镜的分段计算方案，将晶体沿着轴向等分为N段，每段均作为具有不同参数的类透镜介质，得到了晶体热透镜的正向和反向传输矩阵，以此确定谐振腔模场分布。分析了分段数目对于谐振腔基模束腰半径的影响。结果表明，束腰半径随分段数目的增加而变化，当分段数目超过某个确定值后，计算结果趋于稳定并接近实际。分别改变抽运功率、抽运半径及晶体掺杂浓度，讨论了腔模束腰半径达到稳定时所需的最小分段数目。

基于广义非线性薛定谔方程，数值模拟了具有3个零色散波长的光子晶体光纤中孤子的演化过程及其时频特性。结果表明，由于第2个反常色散区的存在，不仅在正常色散区得到了相位匹配的蓝移和红移色散波，还在低频反常色散区得到了高强度的色散波孤子，而且此孤子在高频正常色散区进一步辐射出了蓝移色散波。

以腔内倍频调Q激光器工作原理为基础，研究了多种形式抽运光分布的情况下倍频光的脉冲形状以及脉冲持续过程中光场分布的时间不稳定性，分析了倍频光光束质量随时间的变化规律。发现腔内倍频调Q激光器输出的倍频光光场分布在脉冲的持续过程中并不稳定，呈持续变化。对高斯型抽运的情况研究发现，减小腔长会使脉冲光场分布的不稳定性减小；而增加抽运光半径与振荡光半径之比则会使脉冲光场分布的不稳定性增加，且脉冲的平均光束质量因子会变大。

根据目标上实际最大光强与理想合成效果下最大光强的比值定义了合成效果因子, 用以评价相干合成效果。在此基础上研究了影响相干合成效果的主要因素，并对合成效果因子的传输特性进行了研究。结果表明: 阵列紧密程度对合成效果影响不大，在较小的空间占空比下有可能得到较好的合成效果。影响合成效果的主要因素是随机相位差，当随机相位差增大到一定程度时，光束合成其实已经由相干合成过渡到了非相干合成，得不到预期的相干合成效果; 随着传输距离的增大，空间占空比对合成效果因子的影响将进一步减小，影响合成效果的主要因素之一是随机相位差。

采用微结构硫化物光纤，以非线性薛定谔方程(NLSE)为理论模型，利用分步傅里叶计算方法，研究了输入脉冲的中心频率和脉宽对中红外超连续谱(SC)的影响。采用的微结构硫化物光纤具有较高的非线性效应和两个零色散波长(ZDW)，且第二个零色散波在中红外波段，有利于中红外超连续谱的产生。通过仿真发现，输入脉冲的中心频率和脉宽对连续谱的产生都有很大影响。数值仿真中，输入具有不同频率和脉宽的脉冲，输入波长接近零色散点时较远离色散点时产生的中红外超连续谱要宽。而且，在保持峰值功率不变的情况下，脉宽对频谱展宽程度没有影响，但是较短脉冲产生的中红外超连续谱更为平坦。

研究了在考虑晶体热效应的情况下，如何最优化设计激光二极管(LD)端面抽运的固体激光器。综合考虑抽运光束分布、抽运功率、谐振腔结构以及激光介质的热效应对激光器转换效率的影响，给出设计激光器的一套仿真计算算法。结果表明，热致衍射损耗与抽运光半径、抽运功率、腔长、振荡光半径以及晶体材料有关，与输出镜透射率以及重复频率无关。在考虑热致衍射损耗的情况下，当抽运功率一定时，最佳的抽运光参数和谐振腔参数能使NdYAG的转换效率最大。

提出并设计了一种适合低阈值中红外超连续谱产生的新型微结构光纤。采用多极法对光纤的传输常数和模场分布进行计算。计算结果表明，光纤在中红外波段具有极高的非线性系数、平坦的色散曲线、极低的模式限制损耗以及良好的单模传输特性，在2.2 μm和3.32 μm处分别有一个零色散点。采用分步傅里叶的数值模拟方法，研究了光纤中超连续谱的产生。通过合理调节抽运脉冲的波长、脉宽和峰值功率，发现在2.5 μm处抽运脉宽为100 fs，峰值功率为100 W的脉冲，通过0.1 m长的光纤后，能产生1.5～5.5 μm波段的中红外超连续谱，而单个抽运脉冲能量只有10 pJ。孤子自频移和色散波放大是光纤中超连续谱产生的主要原因。

分析了根据激光场强度相对分布计算激光束横模结构的方法，根据分析结果设计了利用光场分布测量激光束横模结构的实验方法。对所设计的方法进行了仿真验证，同时通过具体实验，对一款调Q激光二极管抽运固体激光器(DPL)的激光束横模结构进行了测量。实验中，在不知道谐振腔参数的情况下，根据设计的方法测量了激光束的各阶横模比例。以测量出的横模比例为基础，理论上重构出激光束，该光束和实际光束的空间传输过程基本吻合。

针对脉冲激光器，提出了一种根据激光单脉冲能量空间分布测量激光横模结构的方法，构造了相应算法，并通过理论和实验验证了该方法.通过对调Q二极管泵浦固体激光器的调Q过程进行数值模拟，计算出单脉冲能量空间分布曲线和各阶横模比例，同时根据单脉冲能量空间分布曲线上一些离散点计算出各阶横模比例，且与调Q过程数值模拟的直接计算结果相等.同时在实验中根据测量出的单脉冲能量相对值，计算出各阶横模比例，拟合出腔外不同距离处的单脉冲能量空间分布曲线.对腔外不同距离处单脉冲能量相对值和相应拟合曲线进行比较，发现测量值和拟合曲线吻合.