针对高功率微波在大气传输中可能出现的击穿现象，研究了脉冲序列中首次脉冲击穿延时和后续脉冲击穿延时，研究结果发现首次脉冲击穿延时在脉宽范围内大致均匀分布，后续脉冲击穿延时波动性较小。根据击穿延时数据对电离率进行了分析，指出在重复频率条件下，初始电子密度较高，电子密度分布不适用指数分布，无法用延时数据标准差对电离率进行估计。提出了一种用重复频率脉冲击穿延时数据计算电离率的方法，并将计算结果与仿真结果进行了对比，结果显示，二者有较好的对应关系。

基于全保偏掺铒光纤激光器、锁相环系统和太赫兹测距光路搭建了一套太赫兹双光梳测距系统。所采用的全保偏掺铒光纤激光器重复频率为79.261 MHz。利用压电陶瓷(piezoelectric ceramics, PZT)和步进电机(stepper motor, SM)双级反馈控制的方案，实现了重复频率锁定和重复频率1.54 MHz可调。使用频率计数器对双光梳重复频率锁定效果进行监测，重复频率锁定的峰峰值抖动为±1.5 mHz，抖动标准差为0.4 mHz。将双光梳重频差设置在10 Hz，10 min内重复频率差最大抖动为3 mHz，标准差为0.6 mHz。进一步将异步采样双光梳系统应用于太赫兹测距，测量移动距离的误差为3 μm。该系统具有锁定精度高，稳定性强等优势，有望应用于生物无损检测和工业精密加工中。

为了提高半导体检测用深紫外激光器的检测效率，需要搭建高功率、高重频257 nm深紫外皮秒激光器实验平台。本文以光子晶体光纤放大器和腔外四倍频结构为基础，进行了257 nm深紫外激光器的实验研究。种子源采用中心波长为1030 nm、脉冲宽度为50 ps的光纤激光器，输出功率为20 mW，重复频率为19.8 MHz。通过两级掺镱双包层（65 μm/275 μm）光子晶体光纤棒放大结构，获得了1030 nm高功率基频光。利用二倍频晶体LBO、四倍频晶体BBO，采用腔外倍频方式获得了257 nm深紫外激光。种子源通过两级光子晶体光纤放大器输出的1030 nm基频光，输出功率为86 W，经过激光聚焦系统后，倍频得到二次谐波515 nm激光输出功率为47.5 W，四次谐波257 nm深紫外激光输出功率为5.2 W，四次谐波转换效率为6.05%。实验结果表明，该结构可获得高功率257 nm深紫外激光输出，为提高半导体检测用激光器的检测效率提供了新思路。

深圳中能高重频X射线自由电子激光（S³FEL）将建设成为全球唯一软X射线波段的高重频自由电子激光。废束桶是S³FEL装置的重要设备，在系统调束中发挥着重要作用。废束桶束窗是废束桶的重要组成部件，用于隔离和保护加速器超高真空环境。本文对几种常用的废束桶束窗材料进行了对比分析，最终选择铍作为束窗的材料，并依此设计了一种带有水冷结构的束窗。通过蒙特卡罗方法计算得到不同厚度束窗的沉积功率，采用有限元分析方法对不同厚度的束窗进行热结构计算与分析，得到厚度为1.6 mm的水冷铍窗效果最佳，其最大温度为121.6 ℃，低真空为1 Pa时的最大应力与中心变形分别为198.7 MPa和0.00082 mm，低真空为101325 Pa时的最大应力与中心变形分别为204.2 MPa和0.097 mm，结果均满足使用要求。此研究为S³FEL的废束桶束窗设计提供了重要的理论依据。

研究了基于高重频1064 nm激光泵浦的3.8 μm周期性极化铌酸锂(periodically poled LiNbO₃, PPLN)光参量振荡器(optical parametric oscillator, OPO)。采用Nd :YVO₄声光调Q激光器，获得了光束质量良好，重复频率25~35 kHz，最大平均输出功率6.1 W，脉冲宽度59.1 ns的1064 nm基频激光。模拟分析了在1064 nm激光泵浦下，极化周期Λ=29.5 μm MgO:PPLN晶体的温度调谐特性。通过实验，在25~200 ℃的温度范围内，获得了3599.6~3845.5 nm连续变化的中红外激光。当PPLN晶体温度为30 ℃，基频光功率为6.1 W时，得到了最大输出功率0.45 W ，重复频率为35 kHz的3845.5 nm中红外光输出。