为了研究光纤激光的非相干合成特性, 建立了圆环状排布的光纤激光阵列光束合成模型, 模拟分析了单元光束束腰半径w0、波前畸变和光束间距对非相干及相干合成远场光束质量的影响。讨论了多路激光平行性对非相干合成效果的影响, 并进行了相关实验验证。结果表明,单元光束无波前畸变时, 当光束间距为d0=2.8w0时, 非相干与相干合成光束质量相等; 单元光束存在波前畸变时, 光束间距有所减小, 这是因为波前畸变对非相干合成影响更小; 对于非相干合成, 随着多路激光之间不平行度的增大, 非相干合成光束质量逐渐变差, 并且单元光束质量越好, 对多路激光平行性要求越高。该研究可为实际光纤激光合成系统设计分析提供参考。

为了实现薄片激光器高吸收转换效率的目的,采用多次抽运吸收的方式,结合光斑离轴非对称反射抛物面和光斑对称分布非球面的抽运结构,提出了一种可以提高非球面光束分布占空比的高冲程抽运的新方法。设计了多种不同抽运冲程的结构,使用ZEMAX模拟验证了24冲程抽运时的光路分布和光斑位置图,通过比尔吸收定律理论计算了不同抽运冲程下薄片晶体对抽运光的吸收效率。结果表明,所设计的24冲程、36冲程、40冲程和80冲程的抽运结构,其中36冲程的吸收效率的性价比最高。该研究对高功率、高冲程、小体积的抽运结构设计具有指导作用。

针对内通道传输过程中激光束相位特性的变化,建立了内通道中光场-流场的耦合仿真模型,通过引入湍流相位屏模拟了内通道中湍流扰动对传输光束波前相位的影响。在此基础上,定量计算了不同轴向风速条件下内通道传输光束的波前相位特性,并结合自适应波前校正模型,分析了激光束经内通道传输后的波前校正效果。研究结果表明,随着轴向风速的增大,激光束波前相位中的高频成分呈现出先增大后减小的趋势,经自适应波前校正后的光束质量也呈现出类似趋势,且当轴向风速约为0.65 m/s时畸变波前中的高频成分最多,经波前校正后的光束质量最差。该模型能够为激光控制系统的设计和性能评估提供一定参考。

采用功率谱反演法构建湍流相位屏，通过横向平移相位屏的方法模拟大气风速引起的湍流时间变化，进而模拟分析了包括时间进程的激光大气传输特性，从波前相位功率谱密度的角度，定量分析了大气风速引起的激光束在大气湍流中传输时的相位特性变化。在此基础上，采用影响函数模拟变形镜对畸变波前的校正作用，对激光束经大气湍流传输后的自适应校正效果进行了预估，分析了大气风速对校正效果的影响。结果表明，大气风速对边界层湍流中光束相位特性的影响很小，然而，对于自由大气湍流中的传输光束，大气风速越大，波前相位畸变程度越大，畸变波前中高频相位比例也越大；环状光束的校正效果受大气风速的影响比平顶光束更小，并且，随着环状光束阶数的增大，校正效果所受影响逐渐减小；在一定相位畸变范围内，畸变程度越大的环状光束的相位校正效果受大气风速的影响越小。

为了说明部分相干平顶(PCFT)光束在非Kolmogorov(非K)大气湍流中湍流距离的变化，基于广义惠更斯-菲涅耳原理和利用相对M2因子定义的湍流距离，推导出部分相干平顶光束在非K大气湍流中传输的湍流距离的解析表达式。部分相干平顶光束在非K大气湍流中的湍流距离由非K大气湍流参数即广义指数参数、湍流内外尺度和部分相干平顶光束在z=0处的初始二阶矩即光束参数(包含光束阶数、波长、相干度以及束腰宽度)决定。研究结果表明，PCFT光束在非K大气湍流中的湍流距离随广义指数参数的增加先减小达到最小值后再增大，随部分相干平顶光束的阶数和波长的增加而增大，随光束相干性的减弱而增大，随光束束腰宽度的增加做先减小后增大的非单调变化。

在研究高功率激光辐照下激光器腔镜表面热形变分布时通常会忽略其表面镀有的高反射膜系。利用有限元分析软件ANSYS比较了特定激光辐照（吸收功率250 W，外环半径4 cm、内环半径2 cm的同轴环形光束，30 s）下的高反腔镜在不同夹持方式下的热形变分布，同时考虑了腔镜表面镀有的两种不同高反膜系及膜系中的驻波场的影响，并与通常忽略膜系的情况进行了对比分析。研究表明，采用压圈法时，三种情况下热形变分布的差异相对较小；采用压板法时，三者形变分布产生了明显的差异，镜面中心可能上凸、下凹或者平缓；采用三点法时，尽管镜面中心热形变分布较为平缓，但在环状光束辐照区域内三者仍有明显差异。因此，膜系内驻波场对腔镜热形变分布的影响不能轻易忽略。

运用逐次逼近迭代法恢复近场畸变波前的高频相位，定量分析了高频相位恢复效果与滤波器截止频率之间的关系，并进一步讨论了近场和远场光强噪声扰动对恢复效果的影响。研究结果表明：随着滤波器截止频率的增大，即对近场波前相位探测器要求的提高，逐次逼近迭代法的高频相位恢复效果会越来越好。此外，高频相位恢复效果随近场或远场光强噪声扰动的增大而变差，其中，近场光强噪声扰动对恢复效果的影响相对较小，而远场光强噪声扰动对恢复效果的影响则明显得多。在实际工作中，为了获得较好的近场高频相位的恢复效果，不仅需要合理地对近场低频相位测量提出要求，而且还必须尽可能减小光强分布测量的误差，特别是尽量减小远场噪声光强的影响。

运用相位屏近似法计算模拟了激光束通过大气湍流的光场分布。从高频相位比例和相位不连续点数目等角度对畸变光束的相位特性进行了分析，进而利用考虑到变形镜驱动器间交联耦合的高通滤波方法模拟自适应系统对畸变波前的校正作用，建立了畸变光束的相位校正物理极限的预估模型，定量分析了湍流强度和传输距离对校正极限的影响。研究结果表明：在一定范围内，随着湍流强度的增强及传输距离的增大，畸变波前中高频相位比例明显增加，相位不连续点数目也逐渐增多；激光束通过大气湍流后，其相位校正的效果主要受畸变光束连续相位中的高频相位比例以及相位不连续点数目的共同影响，畸变波前中高频相位比例越大，相位不连续点的数目越多，相位校正效果也越差。