为了获得结构紧凑、光束质量高、光轴稳定性好的机载激光辐射器, 采用LD端面抽运构型与正交直角棱镜腔技术对该型激光器进行研究, 基于琼斯矩阵理论分析了特殊波片实现调Q关门的原理, 通过带曲率设计的直角棱镜腔镜,将腔型控制在大基模尺寸, 并实验对比了正交偏振关门与特殊波片关门两种方式。结果表明, 在正交偏振关门状态下, 20 Hz的工作重频时获得了单脉冲能量72.2 mJ、光束质量Mx2=8和My2=6的激光输出;基于K9玻璃的直角棱镜材料, 利用0.648λ波片进行调Q关门, 在20 Hz的工作重频下, 获得了单脉冲能量80 mJ、光束质量Mx2=5.7和My2=4.8的高光束质量输出, 其中激光器在x与y方向上的发散角分别为1.65 mrad和1.35 mrad。这一结果对高性能小型化激光器的研发是有帮助的。

为了解决热传导散热激光器抽运和散热不均匀导致光束质量下降的问题, 采用一种对称抽运和对称散热的激光抽运构型, 结合激光棒端面直接镀膜技术, 设计了一种小型化热传导激光器, 并进行了试验验证。结果表明, 激光器在5Hz重复频率下输出大于100mJ的能量, 脉冲宽度为9.18ns, 能量稳定度优于8%; 且通过了高低温、振动试验, 性能稳定。这种对称抽运热传导激光器具有结构简单、输出能量高和光束质量好的优点, 特别适合用于小型化机载激光测距领域。

kHz、窄脉宽、高能量的脉冲激光光源在激光测距领域具有广阔的应用前景。依据晶体电光调Q与窄脉宽理论, 研究并设计了一种kHz、窄脉宽、高能量调Q的固体激光器。实验采用了一种适用于高占空比、高功率的LD端面泵浦构型, 利用三柱透镜耦合系统将泵浦光聚焦至工作物质内, 其最大光转化效率能达到27%；分别利用RTP晶体与KD*P晶体进行高重频电光调Q对比, 在近乎相同的静态输入下, KD*P晶体调Q获得了11 mJ的动态能量输出, RTP晶体的动态能量只有5. 64 mJ。最佳泵浦功率下, KD*P晶体的动静比接近80%, RTP晶体动静比接近40%。最后, 通过改变谐振腔的腔长, 验证了短腔法实现窄脉宽激光的可行性, 并在物理腔长为60 mm的情况下, 获得了5. 76 ns的窄脉宽激光。

依据RTP调Q与窄脉宽理论, 设计了一种高重频、窄脉宽、RTP电光调Q的激光器。分别采用两种不同的LD直接端面泵浦构型, 在1kHz重频下, 既可以获得光束质量良好、小光斑、0.75mJ的动态激光输出, 又能获得光斑较大、5.78mJ的大能量激光输出。两种LD泵浦构型的光光转化效率皆在20%以上。在物理腔长为60mm、调Q上升沿宽度小于10ns的情况下, 获得5.76ns脉宽的激光输出。改变腔长, 获得了不同腔长的脉冲宽度的变化曲线, 经理论仿真与实测数据对比两者一致。在单程增益系数一定时, 随着腔长的增加, 单程损耗系数呈减小的趋势。

主要对大气传输及目标反射对偏振光的特性影响进行研究，以蒙特卡罗方法为基础，采用斯托克斯-穆勒形式，依据Mie散射理论及偏振双向反射函数模型，追踪每个光子的偏振态变化，最后统计分析变化后偏振光的斯托克斯矢量和偏振信息。依据所建立的模型进行仿真，仿真结果表明，当能见度为23 km，距离为100 km，目标折射率为1.44+5.23i，表面粗糙度为0.1 mm时，大气传输对光偏振特性影响较小，而目标反射的影响较大，在接收端圆偏振光退偏为椭圆偏振光。