介绍了基于电光调Q与MOPA技术的高重频、窄脉宽的1 064 nm和532 nm双波长固体激光器。采用Nd:YVO4晶体作为激光增益介质，加以电光调Q，得到1 064 nm本振激光输出，为获得稳定脉冲激光输出，在激光器本振级的基础之上，再将其进行两级行波放大，当两级放大级泵浦电流均为6.7 A，重复频率为10 kHz时，实现了输出功率为31.4 W，脉宽为6.2 ns的基频光输出，功率稳定性RMS为0.25%，采用腔外倍频获得16.6 W的532 nm激光输出，1 064 nm基频光到532 nm倍频光的转换效率可达53%。

研制了二极管(LD)侧面泵浦Nd∶YVO4高重复频率355 nm紫外激光器, 针对Nd∶YVO4激光晶体的增益高、泵浦带宽宽的优点, 激光器采用LD均匀三角侧面泵浦结构, 利用声光调Q方式, 选用Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配的LBO非线性晶体, 设计了腔内三倍频V型谐振腔结构, 获得了高重频、高增益的355 nm紫外激光输出。在泵浦LD电流为30 A、重复频率为20 kHz时, 355 nm激光输出最大平均功率达到了8.5 W, 激光脉冲宽度为37 ns, 1 064 nm基频光到355 nm紫外激光的光-光转换效率为25.8%, 紫外激光泵浦阈值约为16 A。

利用MOPA激光种子源, 结合氙灯泵浦行波放大方法研制了高能量脉宽可调1 064 nm波段激光器。激光器采用电调制脉宽方式控制MOPA光纤激光器脉冲信号的输出, 在保证高光束质量的前提下, 实现了脉宽8.6~220.9 ns可调的1 064 nm种子激光输出。选用双通放大级设计, 利用氙灯泵浦Nd:YAG晶体实现五级行波放大, 分析讨论了抑制自激振荡方法和行波放大过程中脉宽变窄的原因。当氙灯注入能量为60 J, 重复频率10 Hz时, 实现了脉宽调范围为4.2~173.3 ns的稳定1 064 nm激光输出, 单脉冲能量最高可达158 mJ。

为了得到一种三倍频效率高达60%的355 nm脉冲激光器, 采用曲率半径分别为2 m的凹凸高斯镜和9 m的平凹全反镜组合作为谐振腔, 加以电光调Q, 得到1 064 nm高光束质量激光输出, 再将其进行行波放大, 获得重复频率10 Hz、脉宽7.3 ns、单脉冲能量1.01 J的1 064 nm基频光输出。利用 Ⅰ 类相位匹配LBO晶体进行二倍频、 Ⅱ 类相位匹配LBO晶体进行三倍频以得到波长为355 nm的紫外光输出。通过二倍频和三倍频输出特性和非线性晶体参数的分析和实验调试, 最终获得了单脉冲能量为608 mJ、脉宽为5.7 ns、线宽为2 nm的紫外激光输出。通过优化二倍频的转换效率, 可使1 064 nm基频光到三倍频得到的355 nm紫外光的转换效率达60%。

研制了染料掺杂胆甾相液晶激光器, 测试分析了器件激光输出特性。将激光染料DCM、手性剂S-811、液晶TEB30A按一定比例混合, 注入摩擦取向的液晶盒中, 形成平面态排列的胆甾相液晶激光器件。利用532 nm波段的Nd:YAG脉冲倍频激光泵浦液晶器件, 获得了禁带边沿激光输出, 测量分析了激光能量阈值特性与激光光斑能量分布特点。液晶激光器在光子禁带边沿607 nm和680 nm处获得激光输出, 线宽小于0.5 nm。在液晶器件中, 光子禁带边缘处光子态密度最大, 此处器件阈值较低, 容易产生激光辐射。

研究了电场作用下染料掺杂手性向列相液晶器件激光辐射谱。 设计了两种电极结构, 分别对正性和负性液晶器件施加横向和纵向电场, 采用532 nm的Nd∶YAG脉冲固体激光器泵浦样品。 对正性液晶器件施加电场, 在 630～660 nm范围获得多波长的激光输出。 对负性液晶激光器件施加电场, 获得调谐范围为18.5 nm的激光输出。 由器件织构和光子禁带的变化, 进行了深入的分析。 正性液晶器件, 在电场力矩与扭曲力矩相互竞争过程中, 引起液晶的流动, 光子禁带上下浮动, 因此不仅在禁带边沿, 禁带内也出现激光辐射。 而负性液晶器件随着电场强度增大, 液晶螺距收缩, 禁带蓝移, 输出激光波长从681.0 nm蓝移到662.5 nm, 出射激光波长为光子禁带边沿处。 负性液晶器件在电场作用下的稳定性较好。

设计制作染料掺杂聚合物分散液晶薄膜激光器件, 研究随机激光辐射行为。利用微胶囊法将激光染料、向列相液晶、手性剂、聚乙烯醇混合, 制备掺杂两种激光染料的聚合物分散液晶薄膜。利用输出激光532 nm的Nd: YAG倍频脉冲激光器进行泵浦, 在582~607 nm波段获得尖锐、离散的随机激光输出, 阈值能量约为9 mJ, 线宽约为0.3~0.4 nm。对于器件产生激光辐射的机制, 利用环形腔理论进行了分析。对比掺杂单种激光染料的聚合物分散液晶薄膜激光器件, 实验结果显示, 同时混合不同类型的激光染料制备的聚合物分散液晶薄膜, 能够实现较宽波段的随机激光输出。

将掺杂激光染料DCM 的手性向列相液晶注入全反射型光子晶体光纤微孔中，研究了激光辐射行为。采用固体Nd∶YAG 倍频532 nm 激光作为抽运光，室温下，在各个方向上均能探测到随机激光辐射谱。当抽运光的入射方向与样品轴向成30°，光纤光谱仪沿样品轴向方向以及垂直样品轴向方向探测时，在600~650 nm 范围内不同波段测得多个离散的尖锐随机激光辐射峰，其线宽约为0.2~0.3 nm。当加热样品至各向同性温度时，激光辐射峰消失。光子晶体光纤的微孔中，作为较强散射介质的手性向列相液晶在不同温度下呈现不同分子取向和折射率分布，这是随机激光产生和关闭的根本原因。

设计制作了PM597染料掺杂手性向列相液晶器件，研究了其激光辐射行为。混合激光染料PM597、手性剂S-811、向列相液晶TEB30A，制成平面态织构的手性向列相液晶激光器件。采用固体Nd∶YAG倍频 532 nm 波长激光作为抽运光，在光子禁带短波和长波边沿同时获得波长分别为5711、6155 nm的激光输出。对于器件产生激光辐射的机理，采用光子态密度理论进行了分析，根据实际样品各成分的配比，模拟出态密度随波长的变化曲线。在器件中，光子禁带边沿处光子态密度最大，此处器件阈值较低，容易产生激光辐射。