综述了近年来棒状、盘片、光纤和热容等高平均功率全固态激光器的进展和国内近期的工作。围绕限制激光器输出平均功率提高和激光光束质量下降的热效应问题, 比较了各类激光器的优缺点。总结了减小或补偿无用热不利影响的现有技术手段, 指出减小激光器热效应可能的技术途径。

采用激光二极管抽运固体激光(DPSSL)装置作为驱动器是惯性聚变能源(IFE)领域的重要技术途径，可兼顾高峰值功率和高平均功率。介绍了4种单发能量百焦耳、脉宽纳秒级的重复频率固体激光装置，包括系统的概念设计、实验进展，以及放大器构型、能量提取方案、介质热管理等关键单元技术。

在激光二极管抽运固体激光器(DPSSL)中设计一种由无刷电机驱动, 采用棱镜作为旋转反射镜的转镜Q开关。设计了20只棱镜的转盘, 获得重复频率14.3 kHz的激光脉冲, 实现了千赫兹高重复频率大功率关断能力的Q开关技术。在逐步提高转镜转速来缩短Q开关时间的实验中, 激光脉冲序列相应递减, 当棱镜转镜转速为4.3×104 r/min时, 获得脉宽89 ns, 重复频率14.3 kHz的1064 nm高重复频率脉冲输出。当输入功率为795 W时, 获得平均功率100 W脉冲输出, 电-光转换效率为12.5%, 峰值功率达到78.3 kW。实验结果说明, 棱镜转镜Q开关是实现全固态激光器千赫兹Q脉冲输出的可行技术途径之一。

在很多高功率的激光器中,由于热效应的缘故会导致激光器的光束质量大幅下降。为了改善激光光束的动态畸变,自适应光学是一种有效的方法。作为自适应光学系统的核心部件,设计了一种可用于大功率激光二极管抽运固体激光器(DPL)热畸变补偿的新型可变形反射镜,并且通过工艺流片实际制造出有效反射面积为30 mm×30 mm,拥有49个静电驱动单元的可变形反射镜。对该微机电系统(MEMS)微变形镜的变形特性进行了详细的理论分析和模拟研究,并和实际测量结果进行了比较,得到了满意的结果。为了实现闭环控制,对微变形反射镜的光学影响函数矩阵进行了全面测量, 并用得到的电压矩阵对畸变激光光束的波前进行了校正。实验结果表明,微变形反射镜可以有效地改善激光光束质量。

研究了端面抽运Nd:YAG晶体的抽运面形变场分布,采用一种新的测量端面形变场分布的实验方法——光束扫描法。让参考光沿晶体的端面小步距扫描,比较有无抽运光时各扫描点在探测面上光点位置的移动情况,通过几何分析与数值计算,可逐段得到端面的形变场分布。通过与理论上在理想模型下所求解的结果比较,发现实验值与理论值基本一致,晶体的端面形变场最大峰值处的抽运光在端面的聚焦位置处。另外发现端面的形变场分布的对称性受抽运光对称性影响,且曲线不光滑。该方法解决了端面抽运Nd:YAG晶体的抽运面形变场分布难以测量的问题,且易于实现和操作。

采用热透镜焦距的理论计算与实验测量相比较的研究方法,得到一种端泵固体激光器出激光时的在线测量方法.通过建立热透镜等效腔模型以及腔型分析求解得出腔内光束束腰半径,用刀口法测出DPL腔外的远场发散角,根据发散角与透镜变换前后的束腰关系,得出LD端面泵浦Nd∶YAG激光器中的热透镜焦距.结果表明,通过上述方法所得结果与理论计算的热透镜焦距吻合,证实此方法准确、可行.

利用速率方程,对自调Q激光二极管抽运固体激光器进行了数值模拟。通过求解析解计算了自调Q脉冲的峰值功率、单脉冲能量、脉冲宽度、能量利用率、重复频率、平均输出功率等参量。根据自调Q二极管抽运固体激光器的特点,分别得到了使抽运阈值功率最小的最佳自调Q晶体长度和使光光效率最大的最佳自调Q晶体长度。