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。

综合考虑调制深度、调谐率、自由光谱范围、走离角等各项因素，设计了一组Lyot型双折射滤波片，由三块厚度相同的白宝石晶体构成，每个滤波片厚度为9 mm，三块滤波片同光轴方向平行放置。为减小光在滤波片表面的反射损耗，光以布儒斯特角入射透过滤波片组。通过设计光轴与晶体表面的夹角为63°，绕其面法线旋转滤波片组，可以实现从3.6~4.3 μm不同波长的可调谐输出。考虑到滤波片的加工误差和入射角度的调节偏差，分别对不同光轴倾角和入射角度进行了计算，可以通过旋转双折射滤波片组实现输出波长的校正。Lyot型双折射滤波片插入损耗小，使用简单，操作方便，有较好的调谐和选频作用，对于研究DF化学激光器众多谱线中的单支或者多支有着十分重要的意义。

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。

为获得氮稀释剂燃烧驱动连续波DF激光器输出光谱特性, 利用傅里叶红外光谱仪对Z型折叠非稳定光学谐振腔DF激光器的外传输光路高反射镜散射激光进行了光谱分析.结果表明: 采用N2稀释剂的DF激光输出谱线向长波偏移, 有效输出波长大于4.0 μm的3P10～3P13谱线, 且各振动能级跃迁谱线为更高转动量子数跃迁谱线.各支谱线存在谱带间和谱带内竞争, 且在一定程度上体现级联效应.改变燃烧室反应氧化剂过量系数, 能够在一定程度上调节DF激光输出谱线分布.过量的副燃料主要为满足气动性能需求, 在合适范围内变化的副燃料比对输出谱线及分布影响较小.研究结果可为燃烧驱动连续波DF激光技术研究及应用提供参考.

非链式脉冲DF激光器放电产生的基态DF分子对激发态DF分子的消激发作用是影响激光器稳定工作的重要原因。为解决这一问题, 分别采用3A和5A分子筛作为吸附剂进行实验研究。无分子筛时, 激光器重频运转1 000个脉冲后, 输出功率下降到初始功率的56%。分别使用3A、5A分子筛后, 激光器重频运转脉冲个数达到5 000和6 800时, 输出功率下降幅度仍然不超过20%, 大大提高了激光器的稳定工作时间。实验结果表明, 5A分子筛的吸附效率大于3A分子筛, 且两种分子筛不仅对基态DF分子产生吸附, 还对工作气体产生吸附, 可通过及时补充工作气体提高激光器的稳定性。

基于描述光束传播的菲涅耳-基尔霍夫衍射积分理论, 运用快速傅里叶变换算法仿真了非稳腔DF激光的三维近场、远场光强分布。仿真结果显示: 非稳腔的近场输出光斑形状为中心对称的空心圆环, 远场输出光斑为具有中心亮斑的多级衍射环; 大M数将导致近场光斑能量集中, 大的Neq值将引起远场发散角变大。运用该算法研究了腔镜倾斜对近场光强分布的影响: 腔镜倾斜使光束近场分布变差, 倾斜角越大, 光强的非对称分布越明显。开展了非链式DF激光器非稳腔实验研究, 实验得到的近场、远场光强分布及腔镜失调下的近场光斑变化情况与数值模拟结果一致, 实验测量的远场发散角为1.2 mrad。文中的仿真结果可为DF激光器腔镜失调诊断及调节提供依据。

为评估化学激光器燃烧室中爆轰的影响，分析了氟化氘（DF）化学激光器在某次出光实验中燃烧室产生的爆轰问题，采用时空守恒元与求解元（CE/SE）方法对该爆轰过程进行了数值模拟。结果表明，燃烧室中爆轰的产生与传播使得燃烧室瞬态压力剧增，由此产生的振动、冲击和扭矩作用导致光学谐振腔失调，从而影响了激光器的正常出光。研究结果对DF激光器的优化设计及安全运行具有指导作用。

研究了工作气体分压比、总气压、充电电压及输出镜反射率对激光单脉冲能量、脉冲宽度及峰值功率的影响。实验结果表明：对于输出能量，工作介质SF6和D2的分压比为10∶1及输出镜反射率为30%时最佳，正常辉光放电状态下提高充电电压有利于增加单脉冲能量，且对于每个电压存在使能量最大的最佳气压值。激光脉冲宽度随工作气体分压比及总气压的增大不断变窄，但随充电电压和输出镜反射率的升高不断变宽。综合考虑输出能量和激光脉宽，激光峰值功率的总体变化趋势与能量一致，但二者取得最大值所对应的气体参数及输出镜参数存在差别。

为解决测向交叉定位中测向误差的标准方差受目标区域非均匀环境的影响，提出加权最大似然估计（WMLE）算法。该算法将目标距离引入到MLE算法当中，通过构造加权向量来弥补测向误差的标准方差随目标距离增加而增大的影响。理论分析表明，改进后的WMLE算法可进一步提高多站测向交叉定位系统的定位精度。