高功率固体激光装置主放大器是能量提取最多的一个环节，它受环境影响因素较多，难以建立考虑各因素影响的微观模型。目前，国内外还没有主放大器增益的精确预测模型和实验数据分析报道，现有预测模型较为粗糙。从统计角度对高功率激光装置主放大器增益的变换规律进行了分析，指出宏观上3种不同特点的增益变化，分别为增益的低频演化规律、增益随日运行发次的变化规律及增益的高频稳定性特性；并由此建立了包含权重因子的主放输出预测模型。通过神光Ⅲ原型装置的运行数据对建立的模型进行了考核，结果显示，与以往的单一发次的递推模型相比，新模型对增益预测的准确性可提高1倍。研究结果对大型固体激光装置的高效运行具有指导意义。

采用测量侧光谱相对强度的方法研究激光陀螺的增益特性.通过实验得到了陀螺增益随着工作电流的增加而增加，随着总气压的升高会出现饱和增益现象，在总气压大约为4P0时增益取极大值.通过比较铝阴极和另一种阴极材料B的激光陀螺在启动阶段增益随时间变化的特性曲线和对测量数据进行误差分析，发现陀螺的增益稳定性和抗外界环境干扰能力是与阴极材料密切相关的.激光介质的增益和由朗缪尔流效应引起的拍频频移都和产生激光的上下能级粒子数密度差有关，实验结果说明用增益的稳定性可以评价激光陀螺零点漂移稳定性.

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)在饱和放大区存在一个增益稳定点,据此设计了一个输出稳定的三级OPCPA系统;第一、二、三级分别选用准相位匹配的周期极化钛氧磷酸钾(PPKTP)晶体、LBO晶体和KDP晶体作为增益介质。饱和放大时,增益随泵浦光强度变化时的增益输出稳定性明显改善,在泵浦光强度抖动低于6%的情况下,各级光参量放大器OPA输出的增益抖动小于1%。前级采用准相位匹配的PPKTP晶体作为增益介质,在远低于破坏阈值的30MW/cm²的泵浦功率密度下,可得到2×10⁵的饱和放大增益和20%的能量转换效率。