随着蓝光半导体激光器的发展和应用范围的拓宽，利用合束技术来获得高亮度的蓝光光源已经成为研究的热点。为了获取高亮度的蓝光输出，本文应用光学设计软件进行模拟仿真，将48只波长为450 nm、输出功率为3.5 W的单管半导体激光器通过快慢轴准直和空间合束，聚焦耦合进105 μm/0.22NA的光纤中，可获得功率为144.7 W、亮度为11 MW/(cm2?str)的蓝光输出，耦合效率为93.78%，整体系统的光-光转换效率为86.13%。

为了研究不同切割方向Cr ⁴⁺∶YAG晶体的各向异性对激光器输出偏振特性的影响,采用1064 nm线偏振脉冲光作为测试光源,从输入光强功率密度、晶体初始透过率和晶体切割方向3个方面,对Cr ⁴⁺∶YAG晶体的各向异性进行实验研究。结果表明:在一定功率密度范围内,功率密度越高,Cr ⁴⁺∶YAG的各向异性越明显;Cr ⁴⁺:YAG的初始透过率越低,各向异性越明显;相同功率密度下,[110]切割方向的Cr ⁴⁺∶YAG在某一方向上的可饱和透过率大于[100]切割方向的Cr ⁴⁺∶YAG的透过率。分别选取[110]和[100]切割方向的Cr ⁴⁺∶YAG作为调Q晶体,搭建808 nm LD抽运Nd∶YAG/Cr ⁴⁺∶YAG被动调Q固体激光器,得到[110]切割方向Cr ⁴⁺∶YAG的输出激光消光比大于[100]切割方向Cr ⁴⁺∶YAG的输出激光消光比。

针对两种波长的直接高功率半导体激光堆栈, 为适应半导体激光在材料加工方面的需求, 设计一种双波长合束及长焦距光学系统。首先, 利用快慢轴准直镜对两种波长的激光堆栈进行初步准直, 然后, 用双波长合束镜将其合束。进而, 利用倒置开普勒望远系统原理对慢轴光束进一步扩束准直, 最终, 用快慢轴聚焦镜实现同步聚焦。利用光参数积原理对聚焦系统进行理论分析, 并根据瑞利长度公式计算出焦深。用ZEMAX软件对整个光路进行光线追迹, 得出模拟结果。根据理论分析和软件模拟, 开展相应实验。经合束和聚焦, 实现焦距300 mm, 焦点尺寸2.0 mm×4.0 mm的聚焦光斑, 输出功率5 000 W, 功率密度达104瓦级。最后讨论该系统影响因素。聚焦光斑可用于激光熔覆, 表面处理等工艺。

针对2 750 W直接大功率半导体激光堆栈输出的矩形光斑, 设计了一种长焦距光学系统用于激光材料加工。首先,对整形光路进行了理论分析, 利用倒置开普勒望远系统原理对慢轴光束进行扩束和准直, 再利用聚焦镜实现快慢轴同步聚焦。推导出了快慢轴聚焦光斑大小的公式并计算出焦深理论值, 分析了聚焦光斑大小的影响因素。接着, 用ZEMAX软件模拟了LD stack光源和整个光学系统并进行了光线追迹, 得到了模拟的光束变化形式及聚焦光斑尺寸。最后, 进行相应的实验验证, 实现了1.5 mm×4.0 mm的焦点光斑, 焦距250 mm, 焦深18.6 mm。讨论了整个聚焦光学系统性能的优缺点以及今后的改进方向。这种聚焦方法可以得到长焦距高功率密度聚焦光斑, 满足激光熔覆、表面处理等工艺对光源的要求。

包层光剥离器（CLS）是保证高功率全光纤激光器稳定性与光束质量的核心器件，有效剥除包层光是光纤激光器全光纤化、工程化的重要步骤。详细阐述了CLS制备技术的研究现状，并将其分为基于折射效应、吸收效应、散射效应3种CLS制备技术，分析了各种CLS制备技术的特点。该研究为未来可实现低温升系数、高衰减系数的高功率CLS制备技术提供了参考。

以1.34 μm脉冲激光为基频光, Ba(NO3)2晶体作为拉曼晶体, 通过一阶受激拉曼散射效应, 产生1.56 μm一阶Stokes人眼安全激光的外腔拉曼激光器。基频光由以准连续激光二极管(LD)侧面泵浦Nd：YAP(掺钕铝酸钇)晶体, BBO(偏硼酸钡)晶体电光主动调Q产生。运用ABCDEF扩展矩阵论, 使用RP Resonator 软件计算光束半径随腔内位置的变化, 设计腔内元件位置, 提高拉曼转换效率。通过实验, 得到波长为1 344 nm, 重复频率为20 Hz, 脉宽为38 ns, 单脉冲能量为19.2 mJ时, 产生1 562 nm波长的一阶Stokes光, 最大单脉冲能量为1.83 mJ, 脉宽为9 ns, 基频光到一阶拉曼光的最大光光转换效率约为15.24%, 转换效率随着基频光脉冲能量的大小先增加后减小。

报道了基于TEC(半导体制冷器)温控的激光二极管(LD)侧面泵浦的脉冲Nd:YAP(掺钕铝酸钇)激光器, 采用BBO(β相偏硼酸钡晶体, β-BaB2O4)电光调Q, 腔内不加入任何偏振元件, 使用平平腔和平凹腔在重频20 Hz时分别得到了1.34 μm单脉冲能量12.00 mJ和11.45 mJ, 在平平腔结构下, 得到最短脉宽38 ns。实验还对平平腔结构下1.08 μm的输出特性进行了实验研究, 采用相同的平平直腔结构, 在重频20 Hz最高可获得1.08 μm单脉冲能量28.5 mJ, 脉宽27 ns。

报道了两种Nd:GdVO₄主动调Q 被动锁模激光器，利用自锁模(KLM)和半导体可饱和吸收耦合输出镜(SOC)锁模两种不同的被动锁模方式，分别与电光(EO)主动调Q 元件相结合，获得了稳定的调Q 锁模脉冲。主动调Q 自锁模脉冲调Q 包络重复频率为3 kHz，包络脉宽约1.2 μs，包络下锁模脉冲重复频率为159 MHz，锁模脉宽约963 ps。主动调Q SOC 锁模脉冲调Q 包络重复频率为10 kHz，包络脉宽约300 ns，包络下锁模脉冲重复频率为159 MHz，锁模脉宽约491 ps。分别提出了自锁模等效快饱和吸收体损耗和SOC 的非线性损耗表达式，并给出了主动调Q 自锁模激光器和主动调Q SOC 锁模激光器的速率方程组。对比了两种主动调Q 被动锁模激光器的输出特性，结合速率方程，提出了主动调Q SOC 锁模受到两种锁模方式的叠加作用。

为了获得成分及性能连续变化的梯度涂层，采用2.5 kW半导体激光器和四路联动送粉系统，利用旁轴送粉方式，通过成形过程中实时改变Ni25/Ni60双组分自熔合金粉末及AlSi12/Fe62双金属自熔合金粉末的组分配比，在45#钢棒状基体上分别制备了宽度为9 mm的粉末组分连续变化的螺旋状梯度涂层。对涂层试样进行能量色散谱(EDS)、显微组织及显微硬度测试。结果表明，沿涂层制备方向，Ni25/Ni60梯度涂层中Cr元素含量和显微硬度连续降低；AlSi12/Fe62梯度涂层中Fe、Cr和Al等元素含量分别沿制备方向连续变化；两种涂层各自的显微组织呈明显变化。

以现代激光工业制造为应用背景，探讨激光光束光斑质量诊断技术的发展。从光束束宽的定义出发，对比了两种束宽定义方法的不同，阐述了光束质量诊断与光束束宽定义之间的关系。依据国家和国际标准，研究了光束束宽、束散角测量和计算方法的发展，以基于空心探针原理的光束光斑质量诊断技术及设备为重点研究内容，介绍了基于实测目的的测量方法。分析结果表明，以包含功率（或能量）占总功率百分比定义的束宽为基础，基于空心探针原理的激光光束光斑质量诊断技术结合双曲线拟合方法计算，能够更好地反映激光束的传输和聚焦性能，诠释激光制造系统的制造能力。