为了说明部分相干平顶(PCFT)光束在非Kolmogorov(非K)大气湍流中湍流距离的变化，基于广义惠更斯-菲涅耳原理和利用相对M2因子定义的湍流距离，推导出部分相干平顶光束在非K大气湍流中传输的湍流距离的解析表达式。部分相干平顶光束在非K大气湍流中的湍流距离由非K大气湍流参数即广义指数参数、湍流内外尺度和部分相干平顶光束在z=0处的初始二阶矩即光束参数(包含光束阶数、波长、相干度以及束腰宽度)决定。研究结果表明，PCFT光束在非K大气湍流中的湍流距离随广义指数参数的增加先减小达到最小值后再增大，随部分相干平顶光束的阶数和波长的增加而增大，随光束相干性的减弱而增大，随光束束腰宽度的增加做先减小后增大的非单调变化。

针对脉冲周期在ms量级、脉宽为ns量级的高功率激光系统输出的短脉冲串，根据其周期性特征及放大过程的特点，在忽略损耗系数和自发辐射的情况下，将1个周期近似分为泵浦和放大2个阶段。运用端面泵浦瞬态速率方程组，导出了2阶段变换时刻所对应的上能级粒子数之间的半解析关系式。据此，在模拟光纤长度对增益影响的基础上，研究了2阶段腔内平均上能级粒子数密度随时间的周期性变化关系，定量分析了脉冲前沿消耗增益对脉冲后沿形状的影响。结果表明：光脉冲前沿增益可达29.22 dB，其后沿增益低至0.82 dB，光脉冲后沿波形必然存在畸变，验证了所得结论的合理性。

为了研究相干合束激光在湍流大气中传输时，合束系统的抖动对远场的影响，采用惠更斯-菲涅耳原理推导了系统中单个光源因抖动造成偏离时的远场光强表达式。以正六边形阵列为例，分析了在不同湍流强度或者传输距离时，抖动对远场造成的的影响，并分别描绘了峰值光强及桶中功率不低于理想情况下92%时的抖动控制曲线。结果表明，抖动造成了远场的峰值光强和桶中功率的降低；当抖动范围相同时，随着湍流强度的减弱或者传输距离的减小，抖动的破坏更加严重。这一结果对研究湍流大气中的相干合束是有帮助的。

根据不同的泵浦方式, 对多模光纤放大器运用多模速率方程组, 采用四阶龙格-库塔法数值计算和分析了在不同泵浦方式下的泵浦效率和信号光在光纤放大器中的传输、放大行为, 并研究了在光纤放大器光纤长度有微小变化(mm量级)的情况下, 输出光的光束质量与光纤长度的关系。结果表明：输出信号光的光束质量因子随光纤长度微小变化而呈准周期变化, 周期与信号光耦合入光纤放大器的本征模式间的传播常数差有关。

为了求得用于研究双包层光纤激光器输出特性的更为精确的解析解，根据稳态速率方程组，针对典型的双包层光纤激光器参量，在估计了上能级粒子再发射项和抽运光产生的影响后，采用保留再发射贡献主导部分的办法以提高可积分近似方程的精确度，明确地提出了要获得光纤激光器输出功率的解析表达式的关键在于求出损耗系数与光场乘积的积分值，简洁地求得了输出功率和抽运光斜线效率的显函数解析表达式，并对其相关问题进行了讨论，以915nm，920nm和975nm的抽运光为例，当输出激光为1090nm时，得出975nm抽运光产生的斜率效率最高并可高达约87%。结果表明，所得解析解适用于研究腔长范围更广的光纤激光器的输出特性。

在考虑了泵浦损耗及激光损耗的情况下,解析求解了阈值泵浦下的三能级光纤激光器速率方程组,获得了泵浦功率阈值的显函数解析表达式,泵浦功率沿光纤变化的隐函数表达式,以及用功率变化表示的各个能级的粒子数密度随位置变化的显函数表达式.并利用这些表达式对光纤激光器的阈值特性进行了研究,研究表明:泵浦功率阈值随泵浦损耗系数增大而增大;激光上能级粒子数密度随归一化位置呈下降趋势,而下能级粒子数密度的变化与此相反;泵浦功率阈值越大(光纤长度越长),净增益系数随归一位置下降就越快.所获得的结果适用于单包层和双包层光纤激光器.

根据含损耗系数的稳态速率方程组,对掺准二能级稀土粒子光纤激光器的泵浦阈值进行了分析和完全解析求解.求得了泵浦阈值功率的显函数解析式,得到了泵浦光阈值功率随光纤位置变化的隐函数表达式,以及信号光功率和上能级粒子数随光纤位置变化的解析表达式.对所得的解进行了数值分析,并与已有的理论和实验结果进行了比较分析.结果表明:由于忽略了信号光和泵浦光损耗系数,不同近似条件下给出的泵浦阈值功率均比实验值低,但所导出的理论研究结果与已有实验结果的差异最小.

对连续运行时双包层光纤激光器阈值的优化问题进行了分析.从速率方程组出发,在不忽略光纤损耗系数和保留再发射项主导部分的近似条件下推导出了双包层光纤激光器阈值泵浦功率的显函数解析表达式,得到了光纤激光器产生振荡所需的最小光纤长度的显函数解析解;还给出了泵甫光子数密度和上能级粒子数密度沿光纤方向随光纤长度变化的显函数解析解.最后和其他文献中在忽略泵光再发射项和激光损耗的近似条件下得到的结果进行了比较和分析.