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。

提出了一种主振荡光纤放大系统，围绕提高脉冲信号的峰值功率和拓宽系统重复频率的调制范围两方面进行了实验研究。实验采用电脉冲调制和声光调制的方式对光脉冲序列进行调制，抑制了半导体种子源在小信号放大时产生的放大自发辐射效应和自激振荡，解除了种子源对系统重复频率的限制，使系统的重复频率在1~200 kHz范围内连续可调。在声光调制器对光脉冲的调制过程中，声光Q开关有效抑制了放大过程中由自相位调制引起的光谱展宽。实验采用大模场棒状光子晶体光纤作为增益介质，提高了光脉冲的峰值功率和输出光的光束质量，抑制了因峰值功率过高引起的非线性效应，最终实现了脉冲宽度为1.12 ns、峰值功率为2.01 MW的稳定光脉冲输出，平均功率超过56 W，输出光束质量接近衍射极限(M2x=1.49，M2y=1.54) 。