太赫兹( THz)波具有很高的研究价值和广阔的应用前景，实现 THz技术广泛应用的关键之一是研制高功率、高能量、高效率、室温运行、可调谐、低成本和便携式的 THz光源。光泵气体THz激光器具有功率高，能量大，波长范围广，技术可靠等优点，在透视成像和无损检测等领域成为可靠的 THz源。本文对利用横向激励高气压( TEA) CO2激光器 9P(20)支线泵浦 CH3F气体产生的 496 μm THz波进行实验研究，并对影响 THz波能量输出的主要因素进行分析讨论。实验中获得的最大THz波脉冲能量为 57.14 μJ，输出波长为 490 μm。

为了充分利用相位调制信号中的多普勒频移信息,将相位调制信号的直流和拍频分量中的鉴频参量相结合,构造出一个新的鉴频参量。在理论和实验上,通过依次比较表明新鉴频参量继承了相位调制拍频信号振幅多普勒频移测量方法的特点和优势,相比之下,测量动态范围约提高1倍,测量精度约提高6倍。为了有效利用闲置的回波信号光功率,提出了基于新鉴频参量的双边缘相位调制多普勒频移测量方法,在理论上证明其可将测量灵敏度提高1倍。

提出了一种新的激光多普勒频移测量方法, 该方法以相位调制拍频信号振幅和相位作为自变量定义新函数, 并以该函数作为多普勒频移鉴频参量, 将两类相位调制激光多普勒频移测量方法结合.理论上将该方法的鉴频曲线、灵敏度曲线以及误差曲线等与两类相位调制方法的相应曲线进行比较, 发现该方法不但继承了相位调制拍频信号振幅方法的工作方式, 能够对小频移量进行测量, 而且吸收了相位调制拍频信号相位方法的测量能力, 具有更高的测量灵敏度和动态范围.通过实验对硬目标反射的频移可控信号光进行测量, 证明了理论的正确性, 而且通过调整平移参数, 可以使该方法的测量动态范围提高约26.8%, 更适合对高多普勒频移量进行测量.

提出了利用基于LabView可视化语言的虚拟数字锁相技术对相位调制激光多普勒频移测量方法的鉴频参量进行测量的方法，并对其进行了理论与实验研究。为了防止待测信号与参考信号通道间的干扰以及在参考信号传输过程中混入噪声，该虚拟数字锁相技术采用参考信号内部生成的方法。为了保证参考信号与待测信号之间的同频性以获得精确的鉴频参量测量结果，在该虚拟数字锁相技术中引入了虚拟数字锁相环来实时精确捕获待测信号频率。通过利用其对实际信号光相位调制信号的测量，证明了该虚拟数字锁相鉴频参量提取方法的正确性和可行性。

对相位调制拍频信号随信号光频率变化规律进行分析, 发现拍频信号相位参量的频谱包含两个在值域上彼此分开的单调边缘, 表明利用拍频信号的相位参量可以进行多普勒频移测量.如果利用拍频信号振幅参量对出射激光进行工作点锁定, 其多普勒频移测量范围是Fabry-Perot干涉仪边缘技术的两倍.理论分析拍频信号振幅和相位参量的提取方法, 表明基于此拍频信号相位参量的测量方法无需进行信号光能量检测, 与Fabry-Perot边缘技术方法相比, 结构更简单, 且少了一条外部噪音混入的通道.为了对该多普勒频移测量方法定量分析和参量优化, 利用误差合成原理以及计算机仿真, 推导出其测量误差公式.根据测量原理搭建了实验系统, 用频率可调光纤激光器的输出光模拟多普勒频移信号光进行测量, 结果表明鉴频参量及其误差分布曲线的测量结果与理论分析相符合.

为了能够对相位调制激光多普勒频移测量方法进行定量分析以及优化设计，使其在实际应用中获得最佳测量结果，从该多普勒频移测量方法的工作原理出发，对其测量误差分布规律进行了理论与实验研究，建立了该方法的测量误差模型。并利用该模型对此测量方法的频移测量精度等方面受相位调制频率和相位调制深度的影响进行了理论研究，发现当相位调制频率为Fabry-Perot干涉仪透射率曲线半峰全宽的0.63倍以及相位调制深度为1.08时，该方法的测量精度可以达到最高。

以Cr4+:YAG为饱和吸收体，体布拉格光栅为耦合输出窗，研究了被动调Q闪光灯泵浦Nd:YAG单纵模激光器.通过扭转模腔和体布拉格光栅相结合的方式获得单纵模输出，提高了单纵模输出能量及稳定性.对于不同初始透过率的Cr4+:YAG晶体，得到了单纵模输出能量和脉宽的曲线.单纵模激光最大线宽约为78 MHz.最大单纵模单脉冲输出能量为20.8 mJ，最小的脉宽为13.2 ns，最大峰值功率为1.18 MW.

采用带有标准具的Fox-Smith谐振腔产生了稳定可调谐的单纵模TEA CO₂激光输出。对干涉腔反射率的数值模型进行了研究,讨论了失谐角、子腔的匹配等因素对模式选择的影响,并且进行了实验验证。实现了10.6 μm单纵模激光输出,能量140 mJ,重复率达到90％,腔内元件没有受到损伤。

提出一种新的TEA CO₂激光器选单纵模的方法－四臂腔选单纵模。在理论上研究了这种新腔型的反射率的选频特性并预测了其选单纵模的能力。实验中，用此腔型得到了能量达225 mJ稳定的单纵模TEA CO₂激光输出，且单纵模再现率超过90％。

利用等离子体波导实现光场感应电离（OFI）X射线激光放大，一方面可以降低产生X射线激光的抽运激光阈值，从而提高由于自散焦而降低的有效激光功率密度；另一方面，由于等离子体中产生的大量电子被束缚在等离子体波导内，降低X光信号色散影响，可以大大提高激光增益长度，这是一种实现台上X射线激光新的抽运机制。详细介绍了光场感应电离X射线激光、强激光等离子体波导以及等离子体波导中光场感应电离X射线激光的研究进展。