按照激光放大器能量传输和转化过程, 利用激光速率方程和氙灯辐射方程、光线追迹软件等理论方法和分析计算工具, 对氙灯泵浦钕玻璃激光放大器进行储能效率和能量转换环节的理论分析以及定量、半定量计算, 系统分析各种能量转化与损耗因素对放大器储能效率的影响。理论研究的成果与放大器实验考核的结果相一致。

在高功率激光装置的预放系统中，高增益放大单元提供超过106的增益倍数，极易形成自激振荡，降低光束放大倍数、破坏光学元件。基于高功率固体激光系统自激起振的主要判据，通过分析钕玻璃高增益系统损耗与增益的大小，研究了神光Ⅲ原型装置高增益放大单元的自激振荡问题。分析了系统可能存在的自激振荡腔，指出系统可能存在3个起振的振荡腔。通过采取钕玻璃端面引入倾角、适当的光路调节、加隔离和电光开关等方法，在一定程度上抑制了自激振荡，进行了相应的实验验证，实验结果表明通过上述措施基本消除了自激光问题。

为了获得具有特殊要求的驱动激光,设计了一套以Nd:YVO4锁模激光器为种子光,用二极管激光器泵浦的Nd:YAG放大系统进行放大的激光系统。对放大过程中锁模激光脉冲串因增益饱和造成的脉冲串包络畸变以及对包络的整形控制进行了研究。实验获得能量为24 mJ的基频光,5.7 mJ的倍频光,0.608 mJ的紫外四倍频光;通过脉冲串整形控制,实现了包络顶部平整的紫外超短脉冲串输出,满足了光阴极注入器对驱动激光的特殊需求。

激光二极管(LD)端面抽运的中等口径片状放大器可实现重复频率工作, 兼顾大能量输出和优良光束质量, 成为惯性聚变能(IFE)及战术**等领域的研究热点。钕玻璃介质具有制造工艺成熟、储能较高、受激发射截面适中等优点, 是美、日等国IFE领域的重要研究对象。但钕玻璃热导率较低, 重复频率应用时热致波前畸变、热致断裂等热效应明显。使用光线追迹和有限元方法, 结合高功率端面抽运重复频率钕玻璃放大器的工作特点, 对钕玻璃增益介质的温度场和应力场进行了模拟分析, 详细讨论了不同抽运功率、冷却参数、工作频率所带来的影响。同时分析了可能引发介质炸裂的机理, 探讨了抽运极限问题, 结果将对端面抽运重复频率钕玻璃激光放大器的设计具有参考意义。

宽带高增益钕玻璃放大器在惯性约束聚变(ICF)激光驱动器研究中具有重要意义。对影响激光二极管阵列(LDA)抽运钕玻璃棒状放大器增益的各因素进行分析, 确立了放大器的优化参量。建立了模拟环形LDA侧面抽运钕玻璃棒状放大器功率沉积过程的光线追迹模型, 并开发相关程序。在模拟计算基础上, 分别优化了LDA直接耦合抽运和LDA准直耦合抽运这两种构型的放大器参数。最后引入了指向误差分析, 比较了这两种耦合方式的优劣, 最终将放大器定为直接耦合抽运方式。按照优化后的结构加工了8.1 kW激光二极管抽运的2 mm钕玻璃放大器, 放大器的荧光分布均匀, 当抽运功率为7.7 kW时, 得到了40倍的小信号增益, 且放大器后增加偏振片时所测增益稳定性较好。

采用激光二极管抽运固体激光(DPSSL)装置作为驱动器是惯性聚变能源(IFE)领域的重要技术途径，可兼顾高峰值功率和高平均功率。介绍了4种单发能量百焦耳、脉宽纳秒级的重复频率固体激光装置，包括系统的概念设计、实验进展，以及放大器构型、能量提取方案、介质热管理等关键单元技术。

在高功率激光二极管阵列(LDA)端面抽运大口径放大器研究中,高效均匀的抽运耦合系统是非常重要的。为了对各种抽运耦合系统进行比较,需要对抽运场分布实现量化评价。依据抽运场分布提出一套评价方法,利用沉积效率、平均抽运密度、调制度、起伏均方根(RMS)值、均匀区尺寸等五项指标对抽运场分布进行综合评价。评价方法中既有统计量(如沉积效率、起伏RMS值、平均抽运密度),又有极值量(如调制度),还有建立在起伏RMS值统计结果基础上且满足一定条件的均匀区尺寸指标,是一套比较综合的评价方法。还提出从抽运场中间小区域开始,逐步向外扩大面积计算各指标,最后得到这些指标的变化曲线,根据这些变化曲线可对不同的耦合系统进行分析比较。对三个抽运场分布进行实例分析,结果表明,提出的评价指标和计算方法能反映出抽运场分布的抽运能沉积效率和分布起伏等关键信息。

建立了荧光再吸收的蒙特卡罗计算模型,对不同尺寸的Yb3+:ZBLANP玻璃材料的荧光再吸收作用进行了数值计算,给出了由于再吸收作用引起的荧光平均波长红移与界面反射和材料尺寸的关系.对于立方体形状,当材料尺寸较小时由界面全反射引起的荧光平均波长红移量占主要部分;随着尺寸的变大,界面全反射的影响相对变小;材料尺寸在0.1～1.0 cm时,由于荧光再吸收作用导致的荧光平均波长红移量在2.6～5.0 nm范围内.随激发光波长的变化绝对制冷效率和单位长度的制冷功率均存在极大值,荧光平均波长红移使制冷效率明显下降,通过减小材料尺寸、改变材料形状等措施可减小荧光再吸收作用对激光冷却固体的不利的影响.

相位匹配是实现高效光学参变啁啾脉冲放大(OPCPA)能量转换的关键之一, 通过对几种常用非线性晶体的光学参变啁啾脉冲放大过程进行数值模拟研究, 结果表明一定程度的相位失配不但能增加光学参变啁啾脉冲放大增益带宽, 而且会使啁啾脉冲光谱强度分布中间凹陷。提出利用光学参变啁啾脉冲放大相位失配放大作为啁啾脉冲频谱整形的新方法, 通过理论分析和模拟计算, 找到了光学参变啁啾脉冲放大相位失配啁啾脉冲频谱整形效果的控制量;并对几种常用非线性晶体在简并、近简并、非简并等条件下的光学参变啁啾脉冲放大相位失配放大特性进行了比较。

从双包层光纤激光器的速率方程出发，得到了光纤中泵浦光与激光的功率分布、输出功率与泵浦功率的关系、腔镜反射率及光纤长度对输出功率的影响。研究结果表明：输出激光功率与光纤长度及后腔镜反射率有很强的依赖关系，存在一个输出功率最大的最佳光纤长度。后腔镜反射率越大，输出激光功率越小；当光纤长度较短时，在输出端放置反射镜使泵浦光高反射，可以提高输出功率和效率。通过对端面泵浦掺Yb³⁺双包层光纤激光器进行理论分析和实验研究，得到输出激光的中心波长为1088．3nm，斜率效率为33．7%，最大输出功率为1．75W。