从激光器热效应出发, 由热效应的产生、危害以及解决方案入手, 分类详细阐述了薄片激光器、热容激光器、板条激光器以及光纤激光器的基本原理及其在高功率输出方面的进展。以激光**作为实际应用典例, 综述了近年来各国激光**的项目概况及进展, 在此基础上提出了高功率固体激光器的发展趋势, 即运行维护成本低、结构紧凑及无人机装载应用, 阐述了复合结构激光器的发展优势及其趋势。

为研究大口径N31钕玻璃多程激光系统的储能与激光通量和损耗的关系，根据激光放大理论解析解阐述了理论上的最大抽取效率和影响因素；提出采用集中损耗近似方法分析钕玻璃多程激光放大系统的初始储能分配特性(抽取能量、体损耗和剩余储能)，数值模拟表明在目前的增益和损耗条件(小信号增益系数约为0.05 cm-1，动态吸收系数约为0.004 cm-1)下当输入激光通量约为3.5倍饱和通量时可获得最大抽取效率；以典型实验结果为例，利用经过实验考核的传输放大模型给出了大口径N31钕玻璃系统中各钕玻璃片的抽取能量/抽取效率，激光通量与饱和通量的定量关系：在19.5 kJ/5 ns/1053 nm输出点，单片最大抽取能量约为1.4 kJ，此时累计输入激光通量约为3.3倍饱和通量，系统输出效率约为51%(相对光束口径内储能)。

多路光的相干合成是高功率固体激光装置的关键技术之一。基于合成模型, 对4组tilt/tip-piston镜采用并行梯度算法, 通过模拟计算实现了光束间的位相锁定和相干合成。结果表明有限次算法迭代次数内, 相干合成时远场焦斑10 μm半径范围内的强度比约为非相干合成时的4倍。基于高频响应驱动器和对应的高速控制算法将有可能实现高功率固体激光装置多路输出光束间的相干合成。

利用阵列反射镜面的三维调整(绕y/x轴旋转和沿z轴平动)可实现多路光束间的相位差校正和焦斑定位。基于此建立了2×2光束相干合成控制模型，并采用光学追迹和衍射计算求解模型，计算得到旋转±0.5 μrad，平动±105.3 nm的调整精度。在精度范围内进行蒙特卡罗误差分析，比较了平面波和非平面波入射条件下的系统性能，并对对称结构光束布局进行了统计分析。结果表明，对称结构可有效提高远场焦斑直径20 μm环围功率比的统计平均水平。对大型高功率固体激光装置实现相干合成提高输出功率水平具有重要意义。

离轴抛物面镜广泛应用于高能短脉冲激光装置的无像差聚焦打靶，随着对焦斑能量的需求越来越高，大多采用多路激光聚焦打靶，对聚焦元件提出了新的要求。大口径拼接抛物面镜可确保光学元件面型精度优于λ/4，且具有较好的可扩展性，90°离轴设计能有效增加激光的聚焦效率。基于几何光学和衍射光学，分析了90°拼接离轴抛物面镜作为聚焦终端时，拼接子镜的角度和位置失调对聚焦光斑的影响。结果表明，面外角度倾斜和光轴方向面外位置失调对焦斑斯特列尔比和20 μm直径环围功率比的影响远大于面内旋转角和位置失调，在进行拼接设计时无需补偿面内失调量；计算得到角度倾斜与位置失调的精度分别为±0.5 μrad和±105.3 nm，并采用蒙特卡罗误差分析对拼接后抛面镜的空间聚焦性能进行了预测，在该精度条件下可满足要求。

为了研究大口径反射镜的面形,在广泛调研大口径反射镜应力控制技术的基础上,从理论模型和实验两个方面同时进行。利用ANSYS建立大口径反射镜模型,得到其重力作用下的形变和受力面积变化的DPV-S关系曲线。建立了反射镜面形变化实验验证平台,对垂直放置的反射镜在不同方向上加力,利用干涉仪实测上侧面加压和背部支撑时的形变。实验验证了理论模拟结果,二者相差仅仅0.002μm~0.122μm。结果表明,这对今后进行类似的实验研究提供了值得借鉴的面形检测方法,为寻求优化的大口径反射面形控制装校方案奠定了基础。