基于激光器单频运转的物理条件，理论模拟分析了高功率激光器满足临界单频运转条件对应的输出耦合镜透射率与注入泵浦功率之间的关系。根据理论模拟结果，对于端面泵浦单增益介质的激光器在注入泵浦功率为115 W和端面泵浦双增益介质激光器在注入泵浦功率为240 W时，实验上分别选取透射率为25%和37%的输出耦合镜，在单谐振腔中分别实现了输出功率达51 W和101 W的单频连续波1 064 nm激光器，对应的光—光转换效率分别为45.9%和42.9%，实验结果与理论预期吻合。

基于连续波速率方程，建立了1018 nm单纤振荡器理论模型，优化了激光器增益光纤长度、输出腔镜低反光栅反射率和带宽以及激光器的结构。采用正向泵浦结构，使用波长锁定的半导体泵浦源和2.7 m长的30 μm/ 250 μm掺Yb^3＋双包层光纤，实现了520 W的最高功率输出，光光效率为80.2%，光束质量因子(M²)为1.85。此外，在447 W处具有最高光光效率84.2%。同时，利用激光器主结构温度控制技术，使激光器稳定工作在21 ℃。最终实现了激光器连续工作1 h功率不稳定度为0.7%的目标，实现了高效率、高稳定性1018 nm激光的单纤振荡输出。

光纤分束器因其多种优点大量应用于光纤通信、激光探测、光电传输等系统, 随着光学系统性能的提升, 对光纤分束器对光学系统性能影响提出更高要求。文中研究分析不同输入波长对1×2光纤分束器输出分光比的影响, 同时通过光学系统输出消光比和1 h输出光功率稳定性测试, 对比分析普通、保偏和单偏三种1×2光纤分束器对光学系统性能的影响, 验证分析结果对光纤分束器应用于高性能光学工程系统起指导作用。

为降低探测激光功率抖动对高精度冷原子干涉仪测量结果的影响, 以声光调制器作为激光强度反馈媒介, 采用混频器对声光调制器驱动射频功率进行控制, 搭建了用于冷原子干涉仪探测激光脉冲的功率稳定系统, 实现了冷原子干涉仪探测过程中激光脉冲的快速功率稳定。功率稳定后, 激光脉冲的功率稳定建立时间达到μs量级, 功率稳定度优于[2.11×10-4](500 μs), 激光功率的长期稳定度为[2.47×10-4](14 h), 激光功率的噪声得到了有效抑制。理论上可以将探测激光的功率抖动对于冷原子干涉仪相位信号的噪声贡献降低至[1.38 mrad]。较大程度上提高了干涉信号的稳定性, 降低了系统噪声。

半导体激光器是光纤传感系统中的重要组成部分之一, 它的输出功率和波长的稳定性决定着整个光纤传感系统的测量精 度, 为了满足传感系统的测量需求, 需对其波长进行调谐, 并且在调到所需波长后还需其具有较高的稳定性。通过温度控制 和驱动电流控制对半导体激光器波长调谐进行了研究。以往的调谐多为盲目调节, 由于驱动电流的变化会导致温度变化, 二 者之间会相互影响, 调谐过程复杂、时间长、不易调到最佳状态。提出了一个描述以波长 λ 与功率P作为输出量, 以驱动电 流I与温度T作为输入量的2×2关系矩阵, 并测定了矩阵中4个元素的值。利用这个关系矩阵, 可按照不同波长与功率的需求, 直接计算出调谐驱动电流与温度的最佳值, 使得调谐过程变得更加高效准确。设计了高稳定性TECAL-XV-XV-DAH温度控制器, 以及激光器驱动电路和温度控制电路, 实现了调谐范围3.2 nm、精度0.01 nm、漂移小于0.002 nm, 功率波动小于3 μW的激 光器调谐。

对974 nm双光纤光栅激光器的温度特性进行理论分析与实验研究,理论模拟了双光纤光栅的栅距对反射率的影响。先在室温(25 ℃)下测试器件的光谱,与未加双光纤光栅器件的光谱相比,双光纤光栅激光器的光谱中的次峰得到明显抑制,测试得到峰值波长(974.07 nm)锁定在光栅的中心波长974 nm附近。对器件的功率电流电压特性进行测试,当工作电流达到400 mA时,尾纤输出功率大于253 mW。再分别测试器件在全温范围下的波长变化率和功率变化率,得到波长变化率小于8.2×10 -3 nm/℃。最后测试器件的微分结构函数曲线并分析热阻分布,通过优化热沉的烧结工艺使器件功率变化率小于1.06%。

上海软X射线自由电子激光装置(SXFEL)是中国第一台X射线相干光源,其辐射波长可覆盖水窗波段。为满足不同的用户需求,装置将加装椭圆极化波荡器,运行模式可在线偏振与圆偏振之间切换。基于SXFEL装置对偏振控制方案进行参数设计,评估了电子束抖动的影响,并在理论上分析了该方案的辐射稳定性。此外,还设计了一套圆偏振方向的快速切换结构,它可使SXFEL装置以10 Hz频率量级在不同的圆偏振方向之间切换。