研究了一种对薄片激光晶体进行端面离焦泵浦的涡旋光激光器。泵浦光经过会聚透镜聚焦，当焦点处于薄片Nd∶YAG中时，激光器输出基模。通过移动会聚透镜改变泵浦光焦点，当泵浦光焦点移出薄片Nd∶YAG时，产生1 阶涡旋光，微调输出镜倾斜角度可以改变涡旋光的手性。实验产生了0.57 W的LG0,±1模连续涡旋光以及0.48 W 的LG0,-1模脉冲涡旋光。脉冲涡旋光的重复频率为10 kHz，脉冲宽度为35.2 ns，单脉冲能量为0.048 mJ，峰值功率为1.37 kW。这种方案无需对泵浦光和谐振腔进行特殊设计，具有结构简单紧凑的优点。

为了实现高精度绝对距离测量，提出了双腔双频Nd∶YAG激光器（TCDFL）合成波绝对距离干涉测量方案。以正交解调Pound-Drever-Hall稳频的大频差TCDFL作光源，采用马赫-曾德尔干涉仪结构，设计了双频激光合成波绝对距离外差干涉测量系统，获得了两路同频外差干涉信号，对其进行比相测量，得到合成波干涉条纹的小数级次；对被测距离进行粗测，可唯一确定合成波干涉条纹的整数级次，从而实现绝对距离测量。建立了频差为24 GHz的二极管泵浦1064 nm正交线偏振TCDFL合成波长标定与绝对距离干涉测量实验系统，实验结果表明：空气中的合成波长标定值为12.4614 mm，其标准差为0.13 μm；当被测绝对距离为900 mm时，其重复测量平均值为899.3851 mm，标准差和测量不确定度分别为1.36 μm和4.08 μm。该实验研究为今后研究开发超精密绝对距离干涉测量仪奠定了坚实基础。

在涡旋光激光器中，同阶次的两个相反手性模式通常呈现叠加输出。建立了同阶次相反手性模式的部分相干叠加模型，实验研究了在连续和被动调Q运行下相反手性模式的叠加特性。在低功率泵浦下，连续运行时两个手性的模式相干叠加形成花瓣状光斑，两个模式的初相位差决定了花瓣光斑节线的方向，而调Q运行时花瓣节线的方向随脉冲序列随机变化。在高功率泵浦下，相反手性模式形成非相干叠加，此时光斑虽然为圆环状，但是光束不具有涡旋相位，这是模式激烈竞争下相位的随机变化导致的。通过倾斜输出镜和被动调Q对手性进行控制，产生了功率分别为0.88、0.85、0.79 W的LG0,±1模、LG0,±2模、LG0,±3模连续涡旋光束和重复频率为12.6 kHz、脉冲宽度为28.6 ns、峰值功率为1.33 kW的LG0,±1脉冲涡旋光束。

在离轴泵浦激光器中,离轴热透镜效应会引起激光器出现厄米-高斯(HG)模式的跳模现象,即随着泵浦功率升高,激光器先由单一的HG模式转变为混合模式,进而跳模到相邻的低阶HG模式。这是由离轴泵浦时离轴的热透镜使谐振腔光轴发生偏移,从而使有效的离轴量减小引起的。激光器所处的模式阶数越高,发生跳模对应的泵浦功率越低。实际中可以通过对离轴量增加一个修正量,使激光器重新恢复到跳模前的模式,泵浦功率越高,需要的修正量越大。实验产生了HG_1,0~HG_16,0 16个模式的高峰值功率脉冲光束,在10 kHz重复频率下,HG_1,0光束的脉冲宽度为32 ns,峰值功率为4.1 kW;HG_16,0光束的脉冲宽度为79 ns,峰值功率为0.7 kW。

为了获得峰值功率高、相干性好、频差大的双频脉冲激光,设计了一种二极管端面抽运被动调Q双腔双频Nd∶YAG激光器,该激光器采用共增益T型双驻波腔结构,腔内偏振分光棱镜和半波片组成的双折射滤光片作为激光纵模选择元件,并以Cr ⁴⁺∶YAG晶体作为腔内被动Q开关,使1064 nm激光的p分量和s分量分别在直线腔和直角腔内同时以单纵模振荡,从而获得1064 nm正交线偏振双频激光脉冲输出。建立了被动调Q双腔Nd∶YAG激光器速率方程组,理论分析了双腔脉冲激光输出特性,实验研究了双腔双频脉冲激光的振荡特性和输出特性。实验结果表明:当激光二极管的抽运功率为2.7 W时,从直线腔输出的p偏振单频脉冲激光的重复频率、脉冲宽度和峰值功率依次为5.8 kHz、42 ns和126.4 W;从直角腔输出的s偏振单纵模激光脉冲的重复频率、脉冲宽度和峰值功率依次为5.8 kHz、40 ns和133.6 W。该双频脉冲激光的频差约为10 GHz。这种双频脉冲固体激光器在激光干涉测量和相干激光雷达探测等领域具有广阔的应用前景。

鉴于单向环形腔是目前获得较大功率单纵模激光最有效的方式之一, 为使环形腔单向运行, 需要在环形腔内插入对正反2个方向的光产生损耗差的光学元件。采用激光二极管泵浦Nd∶YAG晶体, 用声光调制器作为光学二极管使环形腔单向运行, 实现四镜矩形环形腔单纵模激光器。实验中谐振腔的稳定性由增益介质的热透镜保证, 声光调制器给正反2个方向的光提供损耗差, 这使得在竞争过程中有较大损耗的光不能运行从而获得单向输出。实验获得了连续功率1 W、光束质量因子M2为1.21 的1.06 μm单纵模激光。

在全反射棱镜式激光陀螺中，谐振腔应力的来源较复杂，应力过大将影响陀螺精度。基于棱镜材料在应力作用下介电常数变化，利用琼斯矩阵和弹光效应理论，系统研究了应力双折射效应对陀螺实际输出的影响，计算获得棱镜布儒斯特角位置反射光、透射光的能量场分布，解释了反射光斑中出现干涉条纹的原因。通过改变应力场分布函数，具体模拟棱镜与腔体光胶面内存在均匀梯度应力场、集中点应力场、复杂应力场时棱镜反射光强分布情况。进行相关实验验证了模拟结果的正确性，提出设计了一种工程化的棱镜及相关产品应力检测工装。

在考虑激光介质与热沉不完全接触导热的情况下, 用面热源自适应调整算法计算了激光介质的温度场, 研究了其热效应.表面附近相位差存在起伏且深入一定深度使热效应复杂化.随抽运功率的增大, 表面附近相位差的起伏增强, 而起伏深度变化不明显; 接触面积增大, 相位差起伏减小, 起伏的深度有所减小.抽运功率较小时, 热致衍射损耗随抽运功率的增大近似线性增大, 高斯光半径越大, 增大的斜率越大, 当抽运功率增加到一定程度时, 热致衍射损耗增大的趋势减缓, 半径大的减缓较明显.在抽运光功率变化范围内, 半径大的高斯光热致衍射损耗大于半径小的.高斯光半径较小时, 接触面积对热致衍射损耗的影响不明显, 当高斯光半径较大时, 接触面积减小热致衍射损耗增大.

提出了一种计算温度场的面热源自适应调整算法，该方法通过在研究对象的封闭边界上引入虚拟面热源来求解稳态热传导方程的边值问题。建立了导热联结的具有粗糙表面介质的接触模型，在此基础上建立了随机分布的表面散热边界条件，并用面热源自适应调整算法计算了激光介质的温度场。结果表明，由于实际激光介质散热表面不能完全紧密接触，其温度场呈现一定程度的随机起伏，越靠近边界，随机起伏越明显，介质中心区域随机起伏则不明显；有效热接触面积越小，这种随机起伏越强烈。计算表明热接触面积占50%时，比接触面积占75%时温度场的随机性更明显。

通过分析光纤出射端面的光强分布，研究了光纤传输过程中激光二极管出射光束进入光纤时的指向角对出射端面光场分布的影响.提出一种影响光纤输出端光场的新因素，对数值孔径和光纤芯径两个影响因素进行了补充.在光纤传输过程中，将激光二极管出射的光束等效为大量光线，在二极管输出光的位置以及空间分布确定的情况下，使用光线追迹方法依次分析了单束和多束光的指向角以及光纤长度对出射面光强分布的影响.结果显示:单束入射光指向角的偏差会引起光纤输出端面光强极值位置的偏移，多束的情况可以导致光纤输出端光强呈现明显的环状分布，得出了入射光束指向角的偏差是影响光纤出射面光强分布和峰值位置的重要因素的结论，而光纤长度的变化对上述分布状况同样存在影响.