为了研究固体激光器弛豫振荡的时间特性，针对高功率大口径Nd:YAG薄片激光器，从工作物质的能级结构和离子跃迁过程出发，采用四能级速率方程模型，综合考虑泵浦速率、损耗因子、温度等因素对激光器起振延迟时间的影响，建立了速率方程组，推导出激光起振延迟时间的数学表达式，模拟分析了泵浦速率、损耗因子、温度对激光起振延迟时间的影响。为验证理论分析结果，在kW级重复频率运行V型腔Nd:YAG薄片激光器上开展了实验研究。在泵浦电流分别为34，40，50，70 A时测量了反应谐振腔内光子数和反转粒子数变化的弛豫振荡曲线。并测量了在泵浦电流为30~80 A情况下的激光器起振延迟时间。实验结果表明起振延迟时间随泵浦速率的增加而减少，与理论分析结果一致。

考虑驱动场相位存在涨落，给出了开放四能级系统的稳态解析解，通过它分析了该系统由于驱动场相位涨落引起的有限线宽对增益、色散和粒子数差的影响．分析显示：线宽的变化不能改变无反转激光系统的特性；线宽的增大必须提高抽运阈值；相对来说退出速率很小时，线宽对增益、色散和粒子数差的影响较弱；当线宽不为零时该系统仍能获得无吸收高色散．

通过对衍射效率和反转粒子数密度的关系，反转粒子数密度和脉冲宽度的关系的分析，得出当通过提高泵浦速率来压缩脉宽时，衍射效率必须与泵浦速率和重复频率相匹配．并提出了匹配条件，从匹配条件出发又得到了衍射效率与泵浦速率和重复频率的匹配关系式．关系式中的衍射效率即为能够有效地压缩脉宽的最小衍射效率．实验结果与理论分析符合较好．

固体材料的激光制冷又称反斯托克斯荧光制冷,是近年来刚兴起的全光学制冷技术。该技术的核心问题是制冷材料的选择。以Tm3+掺杂离子为例,从理论上分析了最小制冷能级间距与激光抽运速率的关系,研究了不同抽运速率下制冷功率与能级间距的关系以及热光转换效率与能级间距的关系,获得了最佳热光转换效率与抽运速率的关系,结果表明,最小的制冷能级间距约为4500 cm-1,能级间距在5000～6000 cm-1的宽度是比较合适的。最后探讨了Tm3+掺杂材料用于激光冷却的可行性,并讨论了制冷基体材料的合理选择问题。

定量地导出了被动锁模激光器运转的先决条件,它们是泵浦速率的上退和激光介质饱和强度的下限.

对超短脉冲染料放大器(DLA)中放大的自发辐射(ASE)随泵浦强度变化的关系进行了实验研究,为了求得具有高储能、低自发辐射背景噪声的染料激光放大器的泵浦强度,我们用速率方程对实验结果进行了解析分析,获得了染料激光放大器的泵浦强度与染料参数(浓度、增益长度等)的近似关系式,以及相应条件下染料激光放大器储能和小信号增益的表达式,并与实验进行了比较.二者符合较好,从而为染料激光放大器的设计提供了参考.