采用正支虚共焦腔型对非链式脉冲DF激光器进行非稳腔参数设计并开展实验研究，通过与平凹型稳定腔的对比，揭示了非稳腔在压缩激光远场发散角、提升光束质量方面的显著优势。选取能体现远场能量集中度以及实际光束与理想光束偏移程度的衍射极限倍数β为光束质量评价参数，实验中以86.5%环围能量定义光斑大小，并利用90-10刀口法测量光斑尺寸。通过对不同放大率及模体积的9组非稳腔实验结果的对比，得到了设计优化非稳腔结构参数的规律。综合输出能量、远场发散角、衍射极限倍数β三方面因素，得到了最佳非稳腔参数为放大率M=1.89，后反射镜口径D=40 mm，此时激光远场发散角（全角）为0.74 mrad，β=1.35，输出能量为1.86 J，峰值功率为16.4 MW。

3~5 μm中红外波段激光源是近年来备受国内外关注的研究热点, 本文综合评述了产生中红外波段激光的5种主要方法(CO2激光倍频技术、泛频CO激光技术、光学参量振荡器、氟化氘激光器、Fe2+∶ZnSe固体激光技术)的国内外发展现状, 总结分析了各种方法的关键技术和存在的问题, 指出了该技术的未来发展趋势。

依据非链式脉冲氟化氘（DF）激光器的反应机理，采用速率方程理论，建立了非链式脉冲DF激光器动力学模型。采用Runge-Kutta法对该模型进行数值计算，得到了最佳气体比例和最佳输出镜反射率参数。采用紫外预电离放电引发方式，对非链式脉冲DF激光器进行了实验研究，得到了激光器输出的主要技术参数，实验结果与理论计算结果相吻合。理论分析和实验结果均表明，可以通过优化工作气体比例和输出镜反射率参数来改善激光器的输出性能。在工作气体分压比为101、输出镜反射率为30%时,激光器输出性能最佳，此时实验得到的单脉冲激光能量为4.95 J，脉冲宽度为148.8 ns，峰值功率为33.27 MW。

为了提高非链式脉冲DF激光器注入能量和放电稳定性，研究了火花针紫外预电离放电引发非链式脉冲DF激光器的电路特性。通过分析工作气体中SF6分子的碰撞解离及其对电子的吸附过程，得到了电子连续性方程，结合放电回路基尔霍夫方程建立了描述DF激光器放电特性的数学模型。运用该模型模拟了预电离放电电压、主放电电压及电流随时间的变化关系，模拟结果较真实地反映了预电离放电与主放电之间的时间延迟、主电极间的击穿及自持放电等物理过程。利用非链式脉冲DF激光器样机对模拟结果进行了相应的实验验证，测量得到的主、预放电电压波形与修正后的模拟电压波形一致。进而运用该模型研究了主储能电容、延迟电感、锐化电容对放电特性的影响，得到了有助于提高DF激光器放电性能的电路参数。

采用紫外预电离的横向放电方式和稳定光学谐振腔, 使用无毒无腐蚀性的六氟化硫(SF6)和氘气(D2)作为工作物质, 研究了工作气体配比、总气压对放电引发非链式脉冲氟化氘(DF)激光器输出能量的影响。实验发现SF6与D2的最佳比例为10∶1, 最佳总气压为10.5 kPa。使用DF激光谱线分析仪对激光输出谱线进行了测量, 得到了17条P支跃迁谱线, 激光能量集中在3.876 μm附近的几条谱线。利用烧蚀光斑的方法测得输出激光束水平方向、垂直方向的发散角均为1 mrad。在最佳工作条件下, 充电电压为39 kV时, 激光单脉冲输出能量达到最大值3.58 J, 此时激光脉冲宽度为215 ns, 峰值功率为16.65 MW, 电光转换效率为2.08%。