为实现电激励重频HF激光远距离传输，在较短的谐振腔内产生大模体积的高质量激光束，开展了激光器正支虚共焦非稳腔的结构设计、仿真计算和实验研究。仿真结果表明，随着放大率M的增大，远场光斑中心亮斑包含的能量逐渐增大，能量向中心转移，远场光斑尺寸和远场发散角也随放大率M增大而减小。实验结果表明: 随着放大率M的增大，远场光强分布、光斑尺寸和发散角变化规律与仿真结果一致，但输出激光能量以先增大后降低的规律变化。综合考虑高光束质量和高能量的指标要求，在流场正常工作情况下，当放大率M为3.0时，获得了远场发散角为2.37倍衍射极限和激光能量稍低于稳定腔(约为稳定腔激光能量的94.6%)的重频激光输出，满足激光远距离传输需求。

研究了重复频率HF脉冲激光器的气体介质对激光输出能量稳定性的影响规律。计算结果表明,激光器放电区内SF₆的解离率约为1.5%(略高于实验测量值),工作气体介质的消耗速率为2.2×10 ¹⁵ (cm ^-3·s ^-1),但消耗量比气体的初始量小3~4个量级。通过合理控制激光器内HF的分子浓度,并适时补充激光器气体介质,可以提高激光器输出能量的稳定性。激光器输出能量变化分为过渡阶段和维持阶段,其中过渡阶段决定了重复频率工作模式下HF激光器的总体出光能力。计算结果可为重复频率非链式HF脉冲激光器设计提供技术支持。

开展了分子筛对非链式电激励重频HF激光器中基态HF分子吸附技术研究，设计了新型的分子筛吸附装置，进行了大量的吸附实验，结果表明:3A分子筛为有效的吸附剂，实现了HF激光器在50 Hz/20 s条件下运行时平均激光能量下降率小于5%，大大提高了激光能量的稳定性，延长了激光介质的使用寿命。开展了激光器工作于不同频率条件下使用3A型分子筛吸附装置时的激光能量情况研究，并通过实验方法获得了3A型分子筛的再生活化方法。

气体介质稳定体放电是放电激励气体激光器高效输出的基础和前提, 预电离是实现高压气体介质稳定体放电的有效技术途径之一。基于放电激励脉冲HF激光器电气结构总体设计要求设计了结构紧凑的紫外光自动预电离装置, 并对其在气体介质中预电离产生的初始电子数密度进行了数值模拟。模拟结果表明: 在整个放电区域内初始电子数密度均在109/cm3左右, 满足介质体放电要求。通过激光器能量输出实验评估了预电离效果, 对SF6和H2混合气体介质, 在充电电压较低时, 输出能量有数倍的提高; 对SF6和C2H6混合气体介质, 在充电电压20 kV时激光器输出能量由200 mJ提高至297 mJ, 提高了近50%。实验结果表明: 该预电离装置对改善激光器能量输出特性有明显效果。

采用正支虚共焦非稳腔对非链式脉冲HF激光谐振腔进行了优化, 提高了激光光束质量。采用不同放大倍率和不同模体积直径, 设计了5种不同参数的激光谐振腔。利用聚焦法测量了焦面远场光斑, 采用衍射极限倍数法分析了激光光束质量变化规律, 比较了不同腔参数激光脉冲能量的变化规律。实验结果表明, 非稳腔放大倍率大于2.5倍情况下, 可以得到约2.3倍衍射极限的激光输出。为了得到较好的实验结果, 在实验所用的放电电极结构下, 激光模体积直径控制在增益区截面直径的80%以内情况下得到的光束质量较好。

研制了一台采用紫外火花预电离和横向放电结构的非链式电激励脉冲HF激光装置，采用氢闸流管结合一级磁脉冲压缩开关的高功率电激励系统。实验研究了激光工作介质SF6，H2不同压强比和总工作气压对激光输出能量的影响，得出了最佳气体组分，确定了最佳工作气压。总气压在8.8 kPa，气体组分H2与SF6气压比为1:9时，获得最佳的激光输出，输出能量达到1.3 J，激光器的光电转换效率达到2.4%。

反应产物基态HF分子对激态HF分子的碰撞弛豫是导致非链式脉冲HF激光器激光能量快速下降的重要原因.为解决该问题，理论分析了3A型分子筛去除基态HF分子的可行性，并开展了实验研究.实验结果表明，在不采用任何激光介质净化技术情况下，激光器重复频率50 Hz出光20 s的激光能量下降率高达52%，无法满足高功率重频HF/DF激光器的应用需求.在激光器循环管道中增加3A型分子筛吸附单元之后，激光器连续10余次重复频率50 Hz出光20 s的激光能量下降率小于15%，其中首次出光能量下降率仅为7.2%，提高了激光能量稳定性且延长了激光介质使用寿命.3A型分子筛不仅对基态HF分子具有良好吸附效果，而且具有再生活化功能，有望取代非链式脉冲HF激光器激光介质净化技术中常用的化学吸附法.

为提高非链式电激励脉冲HF激光的能量稳定性，分析了激光产生反应动力学和影响激光能量稳定性的主要因素，得知基态HF分子的生成、工作气体的温度上升以及工作气体C_{2H6的消耗是激光能量快速下降的主要原因。经实验研究，没有采用任何反应产物去除方法的情况下，激光器输出1600个脉冲激光后，激光能量下降率达31%，采用沸石分子筛吸附单元对基态HF分子进行吸附后，同样输出1600个脉冲激光，激光能量基本趋于平稳状态，且输出约5500个脉冲激光后，激光能量较初始平均值仅有10%的下降；另外，在激光器运行过程中，恢复工作气体的初始温度和补充少量的C2H6也能改善激光能量的稳定性，其中补充25%的C2H6气体可使激光能量提高近8%。由激光产生反应动力学和实验研究结果可知，增加分子筛吸附单元、工作气体温控单元和工作气体实时补给单元可提高激光能量的稳定性。output energy stability of non-chain HF laser}

闭合循环运行是实现高功率重复频率HF激光器小型化、实用化的重要技术途径。为了实现闭合循环电激励重复频率HF激光器激光能量的稳定性输出，研究闭合循环HF激光器的流场特性，建立了激光器管道的数学仿真模型，利用流体分析计算软件ANSYS，分析了激光器内增益区气体介质流场分布。根据流场分布均匀性要求，提出了增益区的注入段和传输段的不同的结构假设，对不同结构条件下流场进行了模拟计算及分析。最终设计了均匀性更佳的通流管道，并实验测量了激光器内增益区气体介质的流速分布，实验结果与理论仿真一致。

为了得到HF化学激光器的增益发生器较佳的模块尺寸，研究了增益模块长高比对输出功率及放大级提取效率的影响。使用基于变换坐标系的有限差分方法,计算了主振荡功率放大器(MOPA)结构HF激光器不同增益模块长高比条件下的主振荡器输出功率、放大级提取效率及经放大后的输出功率。计算结果表明：对于MOPA结构HF激光器而言，当增益体积一定、小信号增益曲线相同时，随着增益模块长高比的减小，主振荡器输出功率和经放大级放大后的输出功率将有所增加，但放大级的能量提取效率将降低;当增益模块长高比已经较小(小于５)时，进一步降低长高比对激光器输出功率和放大级提取效率的影响微弱。