分析了用哈特曼 夏克波前传感器研究高能激光器自由旋涡气动窗口对输出激光波前畸变的原理，并利用37单元哈特曼波前传感器实验研究自由旋涡气动窗口对输出激光波前的影响。结果表明，自由旋涡气动窗口对输出激光波前的影响主要是光束偏转和离焦,而其他低阶及高阶像差都比较小。由于透射激光束的偏转是稳定的，很容易由倾斜镜进行校正，因此稳定工作状态下的自由旋涡气动窗口能够满足实验需求。

对高能激光器自由旋气动窗口工作射流的类透镜效应进行了研究.从实验上研究沿自由旋气动窗口射流方向上不可避免的类透镜效应的特性,然后采用几何矩阵光学的原理,从理论上对自由旋气动窗口的类透镜效应进行详细的分析计算.最后,分析讨论类透镜效应对自由旋气动窗口的设计所带来的限制条件.

自由旋涡气动窗口能有效地替代高能激光器传统晶体输出镜,起到密封激光器低腔压的作用.利用现有的37单元室内自适应光学系统,对自由旋涡气动窗口的输出激光波前畸变进行自适应光学波前校正.给出了自适应光学系统对气动窗口畸变波前的校正原理,采用直接斜率法在设计状态下对畸变波前进行了校正实验.结果表明,该自适应光学系统能够较好地校正工作在设计状态下的自由旋涡气动窗口对输出激光所引起的波前畸变。

利用37单元哈特曼波前传感器实验研究不同工作条件下不同时刻自由旋涡气动窗口对输出激光波前的影响.将高速CCD所采集的畸变激光波前传送给高速波前处理机,采用模式法对其进行波前重构,进而计算给出畸变波前的波像差峰谷值、波像差均方根和斯特列尔比值等相关光学参数随气动窗口工作条件不同的变化曲线.结果表明,自由旋涡气动窗口对输出激光波前的影响主要是光束偏转和离焦,特别是气动窗口工作在设计状态时,其余低阶及高阶像差都比较小，能够满足实际需要.哈特曼波前传感器能很好地用于自由旋涡气动窗口对激光波前影响的二维动态测量,并能给出波前畸变的各项Zernike多项式的模式系数得到畸变波前,直接为气动窗口与强激光发射系统的对接和波前校正提供数据.

采用He-Ne激光,对穿过自由旋气动窗口的远场聚焦光斑进行图像采集和数据处理,研究气动窗口对透过其输出通道的激光束所带来的偏转和随机抖动现象,计算分析气动窗口对激光束发散特性的影响,定义和实验研究气动窗口的光束质量U因子.同时,分析讨论气动窗口对激光束远场聚焦光斑光强分布的影响,并提出气动窗口光束质量和气动窗口设计的进一步研究思路.

论述了自由旋气动窗口(FADW)的基本工作原理，并对为万瓦级CO2气动激光器配置的30 mm×30 mm大口径自由旋气动窗口的工作性能进行了实验研究。研究表明，此气动窗口在其工作范围内，密封压比PR(环境大气压PAMB/密封腔压PC)>20，最大可达到28；而且该气动窗口具有良好的启动性能和对光束质量影响小的特点。因此对于大口径、低腔压的大功率气体激光器来说，自由旋气动窗口是替代输出镜最有效的手段之一。