提出并研究了一种气流方向Z型折叠离轴混合非稳腔，应用在小型化DF气流化学激光装置中(增益体积为30 mm×40 mm×125 mm)，实现了平均功率550 W、光束质量β值1.8(稳定腔方向β值为1.5，非稳定腔方向β值为1.9)、光谱覆盖3680～4089 nm的中红外连续激光输出。该腔在气流方向是平凹稳定腔，并且进行了Z型折叠以减小稳定腔方向上的增益尺寸；在高度方向是正支共焦非稳腔。针对稳定腔方向上远场光斑从高阶横模振荡到基横模振荡的物理过程进行了理论计算与实验研究，光腔振荡的计算结果与实验结果吻合较好。计算与实验结果表明，气流方向Z型折叠离轴非稳腔可用在小型化、紧凑型DF气流化学激光装置中，实现高功率、高光束质量中红外连续激光输出。

对影响冷气流引射式小型DF激光器紧凑度的主要因素进行了分析, 以功率-气源体积比作为评价紧凑度的指标, 在多种参数条件下对功率-气源体积比进行了计算, 结果表明, 随着激光器喷管列阵质量流面密度的增加, 功率-气源体积比先增大后减小, 并在喷管列阵质量流面密度约为3.3 g·s-1·cm-2时取得最大值; 在激光尾气参数相同的情况下, 提高引射喷管总压可获得更大的功率- 气源体积比, 但随着引射喷管总压的提高, 引射喷管总压对功率-气源体积比的影响逐渐减弱; 与氦气做引射工质相比, 采用氮气和空气做引射工质可获得更大的功率-气源体积比。

搭建了二维超-超引射器实验系统，进行了二次喉道型式引射器启动特性和负载特性实验，获得了引射器混合室内流场纹影图，结果表明：超声速引射器临界启动状态下，混合室内存在反压引起的激波系；引射器完全启动状态下，主激波系可始于混合室后段，无需被完全吞入二次喉道内；二次流对引射器启动有助推效果，可使混合室内激波系后移；一次流对二次流有压缩作用，且一次流工作压力越高，压缩作用越强；一次流、二次流之间会形成明显的混合层，当一次流、二次流静压不匹配时，一次流喷管出口内端壁处将形成较强斜激波，其在固壁与混合层之间反射、交叉，并向下游延伸，会降低一次流引射性能。

为提高压力恢复系统效率,设计并制造了一台高翅管换热器。采用滚扎而成的整体式螺旋高翅片管,代替套片式圆形普通翅片管,翅片管材料为紫铜,管束按等腰三角形叉排布置,管内强制水冷。测试了高翅管换热器的阻力特性,对比分析了加入换热器前后压力恢复系统性能的变化。结果表明: 随着背压的提高,该换热器流阻逐渐降低,当背压达到9.366 kPa时,换热器流阻为0.133 kPa,仅占换热器入口激光尾气压力的1.4%;与不加换热器相比,加入高翅管换热器后的引射器混合室入口压力降低了12.95%,压力恢复系统的效率得到了提高。