为了研究脉冲半导体激光器端面抽运激光晶体产生的热效应，对激光晶体瞬态温度场以及热形变场进行解析分析与计算。考虑到脉冲LD出射光具有超高斯分布，且Nd∶YAG晶体热传导各向同性的特点，利用热传导Poission方程得到了超高斯分布脉冲LD端面抽运Nd∶YAG晶体瞬态温度场以及热形变场的一般解析表达式，定量分析了单脉冲抽运过程中超高斯抽运光光斑半径及超高斯阶次、脉冲宽度对Nd∶YAG晶体瞬态温场的影响以及准热平衡状态温度场的时变特性。结果表明，当脉冲LD端面抽运光具有3阶超高斯分布、抽运功率为80W、脉冲频率为100Hz、脉宽为200μs、钕离子掺杂质量分数为0.01的Nd∶YAG晶体瞬态温度场随抽运脉冲呈现出周期性分布，准热平衡状态的温度在25.5℃到29.2℃之间成锯齿形周期分布；晶体抽运面的热形变量在0.13μm和0.19μm之间也呈现出周期性变化。该研究对于脉冲LD端面抽运全固态激光器热不敏谐振腔设计具有理论指导意义。

在准连续激光二极管(LD)抽运的激光晶体中存在升降温的瞬态过程。为解决准连续LD端面抽运激光晶体产生的热效应问题,基于热传导方程,采用特征函数法和常数变异法得到了准连续超高斯光束端面抽运Nd:YAG棒的瞬态温度场的一般解析表达式。同时定量分析了准连续抽运光束腰半径、脉宽以及频率对Nd:YAG棒瞬态温度场的影响。研究结果表明,准连续LD端面抽运Nd:YAG棒时,棒内温度随时间呈锯齿状变化,经过一段时间后最终呈稳定周期性分布,而且棒内温度也随脉宽和频率的增大而增大。研究方法和所得结果还可以应用到激光系统的其他瞬态热问题研究中。

为了研究抽运光在Yb:YAG晶体内产生的非均匀性温升以及引起的热效应问题,以半解析热分析理论为基础,结合超高斯光束端面抽运、背向冷却Yb:YAG微片工作特点分析,采用热传导方程一种新的求解方法,得出了Yb:YAG微片内部温度场、热形变场、附加光程差的半解析计算表达式。并定量分析了超高斯光束不同阶次、不同光斑尺寸抽运时对于Yb:YAG微片温度场、热形变场的影响。结果表明,若使用50W、光斑半径300μm的5阶超高斯光束端面抽运掺镱离子原子数分数为0.08的Yb:YAG微片,抽运面上可获得52.18℃最高温升量,产生0.1195μm最大热形变,引起0.2152μm的附加光程差。该研究结果对于微片激光器热不敏谐振腔最优化设计具有理论指导作用。

为解决激光二极管(LD)端面抽运激光介质产生的热效应问题,建立了端面绝热、周边恒温、界面热流连续的YAG-Nd:YAG复合晶体棒热分析模型。利用特征函数法和常数变异法得到了超高斯光束端面抽运YAG-Nd:YAG复合晶体棒温度场的一般解析表达式。同时定量分析了超高斯抽运光光斑尺寸,光束阶次,YAG晶体长度对YAG-Nd:YAG复合晶体棒温度场的影响。研究结果表明,若LD输出功率为50 W,光学耦合器传输效率为82%,4阶超高斯光束端面抽运YAG-Nd:YAG复合晶体棒时,复合晶体棒内最大温升为132.7 ℃,其中YAG晶体长为1.5 mm,Nd:YAG晶体长5 mm,钕离子掺杂质量分数为1.0 %。研究结果为减小激光晶体热效应、合理设计激光器热稳腔提供了依据。

为了研究半导体激光器端面抽运激光晶体产生的热效应问题,采用解析分析的方法研究端面抽运激光晶体的温升以及热形变量的大小。通过激光晶体工作特点分析,考虑到Nd:GdVO₄晶体热传导各向异性的特点,采用各向异性传热的Poisson方程,得出了超高斯光束端面抽运Nd:GdVO₄晶体温度场以及热形变场的一般解析表达式。并定量分析了超高斯光束不同阶次、不同光斑尺寸抽运时对于Nd:GdVO₄晶体温度场以及热形变场的影响。结果表明,若半导体激光器的输出功率为30W,光学聚焦耦合器传输效率为85%,5阶超高斯光束沿中心端面抽运掺钕离子原子数分数为0.012的Nd:GdVO₄晶体,抽运面可获得419.3℃的最大温升,并产生0.711μm的热形变。该结果对估算Nd:GdVO₄晶体热焦距变化范围以及进行热不敏谐振腔设计具有理论指导作用。

为了解决半导体激光器侧面泵浦Nd:GdVO₄板条激光器热透镜效应问题,用解析分析的方法研究Nd:GdVO₄板条侧泵时产生的温升以及热形变分布情况。通过半导体激光器出射泵浦光光强、激光板条镀膜结构以及工作状态的分析,建立了侧泵板条热分析模型,依据侧泵板条内热功率分布特点,推导出一种新的各向异性热传导方程求解方法,得到了侧泵Nd:GdVO₄板条温度场以及热形变场的一般解析计算表达式。并就不同泵浦光斑对Nd:GdVO₄板条热效应的影响进行了定量分析。结果表明:当使用输出功率为80W的半导体激光器侧泵掺Nd3+浓度1.2atm.%的Nd:GdVO₄晶体时,泵浦面的最高温升为695.2 ℃,泵浦面与通光端面的最大热形变量分别为1.38μm和0.63μm。研究结果对于减小板条激光器热透镜效应影响、提高腔内振荡光的增益效率具有理论指导作用。

基于激光二极管端面泵浦Yb∶YAG棒工作特点的分析，提出了端面绝热、周边恒温的激光晶体热分析模型，采用了一种新的热传导方程求解方法，得到了超高斯光束端面泵浦Yb∶YAG棒温度场的一般解析表达式。同时分析了不同阶次、不同光斑半径、不同功率超高斯光束以及晶体参数改变时对于Yb∶YAG棒温度场分布的影响。研究结果表明，若准直聚焦到Yb∶YAG棒泵浦面42.5W的光束具有4阶超高斯强度分布时，掺Yb³⁺质量分数为10.0at.％、长度为2.5mm、半径为2mm的Yb∶YAG棒的泵浦面获得74.20℃的最高温升。新的热传导方程求解方法在研究激光棒温度场分布方面具有计算量小、精度高等特点。研究结果对减小激光晶体的热效应，提高全固态Yb∶YAG激光器性能提供了理论依据。

提出了一种易于实现、高空间精度、实时测量激光端面抽运固体激光器端面热形变的干涉测量方法。在一块热效应非常小的光学玻璃与晶体的抽运面之间形成空气劈尖,利用参考光扫描晶体端面准确地测出了激光二极管(LD)端面抽运固体激光器中晶体的端面热形变。抽运功率为12 W,抽运半径为0.5 μm,抽运光束位于晶体端面中心时,晶体的伸长形变为0.645 μm,鼓出形变量为0.259 μm,总形变量为0.904 μm。鼓出形变小于伸长形变,且表面凸起形变总是叠加在轴向伸长形变之上。研究表明表面凸起形变部分较为平坦且占据端面中心大部分区域,并发现热沉的侧面导热情况决定了晶体的伸长形变量。

在多通道量子数亏损理论(MQDT)的基础上,对镉原子J=1偶宇称的MQDT模型进行了分析,并利用MQDT波函数给出了计算高激发态寿命的一般方法,计算并预言了5sns 1/2[1/2]1(7≤n≤24)和5snd 1/2[3/2]1(6≤n≤23)这两个Rydberg系列的寿命,拟合出了它们的寿命计算公式:5 sns 1/2[1/2]1系列为τ=0.8980v2.755 n;5 snd 1/2[3/2]1系列为τ=0.3628v2.829 n.