为了解决激光目标回波模拟器输出脉冲激光能量无法现场标定的问题, 采用模拟积分原理, 通过光电探测组件参数优化设计和积分组件电路结构设计, 建立了激光目标回波模拟器能量标定装置, 并设计相应实验对标定装置的测量能力进行验证。结果表明, 激光目标回波模拟器能量标定装置可实现对脉冲宽度为10ns~100ns脉冲激光能量值的准确测量, 其能量测量范围为10fJ~1pJ, 包含因子k=2时, 测量不确定度为13.8%。该研究可满足激光目标回波模拟器输出脉冲激光能量测量与标定的需求。

提出一种改进的Gerchberg-Saxton(G-S)算法,实现了基于环形光束的衍射光学元件的精确设计。所提算法可以确保输出平面上有小的采样间隔,起到了抑制散斑的作用;与未采用散斑抑制的常规的改进G-S算法相比,所提算法得到了更高性能的均匀光斑;仿真结果和实验结果一致。

由于半导体激光泵浦碱金属蒸气激光器(DPAL)的饱和增益较大, 因此采用主振荡功率放大器(MOPA)结构对其进行定标放大是实现其高功率化的理想选择。基于端面泵浦DPAL-MOPA系统的微观动力学理论模型设计了铷蒸气DPAL的三级放大系统。另外, 分别对长度为3、5、7 cm的三种密闭蒸气池在不同温度条件下的增益特性做了详细的计算与分析, 最终确定预放大级的密闭蒸气池长度为3 cm, 一级主放大级的为5 cm, 二级主放大级的为7 cm。基于这种三级MOPA结构可把功率为50 mW的铷蒸气DPAL种子光放大至1 000 W量级。同时, 也评估了采用此设计方案时, 整个MOPA系统所产生的自发辐射功率和热功率。该研究对将来实现高功率DPAL提供了设计思路和理论依据。

Yb3+:KGd(WO4)2晶体具有增益带宽大、掺杂浓度高等突出特点, 是近年来引起广泛关注的可用于构建锁模飞秒和辐射平衡激光系统的激光介质。这里建立了基于准三能级系统的微观动力学理论模型, 并将其应用于端面泵浦Yb3+:KGd(WO4)2种子源和激光放大系统的理论分析中。首先从速率方程出发, 讨论了准三能级激光系统的种子源部分的物理特性, 指出种子源部分存在着最佳的晶体长度和输出耦合镜反射率。由于Yb3+:KGd(WO4)2晶体材料的热传导率很低, 研究中拟采用主控振荡功率放大结构以实现30 W量级的激光输出, 并在此基础上探讨了主控振荡功率放大器部分的输出物理特性。研究结果对将来构建实用化的Yb3+:KGd(WO4)2激光系统有着重要的理论指导意义。

Yb3+:KGd(WO4)2激光器是近年来得到广泛关注的新型固体激光光源，具有吸收和发射截面大、荧光谱线宽、激光阈值低等突出特点。对此三能级激光系统进行微观动力学理论分析，在探讨了不同的晶体切割方向、抽运光偏振方向和激光偏振方向的吸收和发射特性的基础上研究了Yb3+:KGd(WO4)2激光器输出特性随晶体长度和输出耦合镜反射率的变化规律，得到了Yb3+:KGd(WO4)2激光器的最佳构成条件，即：晶体切割方向平行于g轴，抽运光偏振方向平行于m轴，激光偏振方向平行于p轴。

半导体激光器抽运碱金属激光器（DPAL）是近年来发展迅速的新型激光光源。DPAL的主振荡功率放大（MOPA）系统是实现DPAL高功率化的最理想工程手段之一。相对于传统激光器，DPAL的吸收和发射线宽非常窄，因此种子光的线宽是影响DPAL-MOPA输出特性的重要参数之一。建立端面抽运DPAL-MOPA系统的微观动力学理论模型，在计算步骤中考虑了种子光线宽与发射截面的波谱分布，详细计算和分析了种子光线宽对DPAL-MOPA系统的输出功率、输出线宽、提取效率、增益系数和抽运吸收等特性的影响，有助于将来定标放大高功率DPAL系统的构建。

利用Yb³⁺∶KGd(WO₄)₂晶体的热膨胀系数各向异性和折射率温度梯度为负值的特点，就可能找到被光抽运时热透镜效应为零的特定方向，此方向即为“无热透镜方向”。鉴于前人的理论计算中存在着一些缺陷，利用最小二乘法和二阶张量旋转法，精确计算了Yb³⁺∶KGd(WO₄)₂晶体的热膨胀张量以及在不同偏振状态下的无热透镜方向：m偏振时，在p-g 平面内与p 轴成±46.3°的方向；p 偏振时，在m-g 平面内与m 轴顺时针成24.9°以及与m 轴逆时针成81.2°的方向；g 偏振时不存在无热透镜方向。将之与前人的计算结果进行了比较，指出了其理论模型中存在的缺陷。计算了p 偏振时在m-g 平面内与m 轴顺时针成17°的方向上传播以及m 偏振时b 方向传播的单位光程变化值，并与前人已发表的理论与实验结果做了对比分析，证实了所建理论体系的有效性。

简要概述了半导体激光器抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)的研究背景与独特优势，介绍了DPAL 主振荡功率放大器(MOPA)在国内外的发展现状。构建了基于碱金属原子三能级受激吸收-受激辐射理论的端面抽运DPALMOPA系统的速率方程模型并进行了系统的理论计算，分析了DPAL-MOPA 的输出功率和提取效率随蒸气池温度、蒸气池长度、抽运功率和抽运光束的束腰半径的变化特性。与已发表的实验结果对比后发现，理论计算结果和实验数据十分吻合，验证了该理论模型的有效性。该研究对构建定标放大的DPAL系统具有理论指导意义。

结合激光微观动力学和热传学,充分考虑到发射激光时的各能级粒子数和热力学分布特性,建立了用于分析二极管抽运铷金属蒸气激光物理特性和增益腔内的温度分布模型,得到了抽运功率和激光输出、光-光转换效率及各物理参数之间的关系,分析了有效提高抽运能量吸收的具体措施,揭示了2P3/2和2P1/2两个精细能级之间的集居数弛豫对半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)物理特性的影响。结果表明: 在设计不同用途DPAL时,必须要综合考虑各种因素,以确定相应的最佳结构参数。

为了对比研究激光对可见光CCD的干扰效果, 采用532nm,808nm和1064nm波长的激光对同一可见光CCD进行了干扰实验。结果表明, 3种波长的激光对CCD都有一定的干扰效果, 由于干扰波长、干扰功率、工作方式等不一样, 干扰效果也存在差异。对于脉冲式激光器, 532nm激光比1064nm激光具有更低的光饱和阈值;当各波长激光输出达到一定功率时, CCD会出现饱和串音的现象。此干扰实验为更好干扰CCD成像系统提供了一定的实验依据。