为了获得高功率高效率3 μm～5 μm中红外激光输出，利用双声光调Q晶体，通过高重复频率驱动调Q同步技术和LD侧面泵浦双棒串接技术，获得高功率高光束质量1.06 μm激光双端输出，外置起偏器获得4束激光输出，利用波片偏振旋光原理，实现4束偏振态一致的激光输出，泵浦非线性晶体PPLT进行频率变换，实现高功率3 μm～5 μm中红外激光输出。在电源输入电流30 A、调Q驱动频率10 kHz的条件下，获得最高功率10.6 W的3.9 μm中红外激光，1.06 μm～3.9 μm转化效率为9.5%。实验结果表明：通过双声光调Q技术和LD侧面泵浦双棒串接技术，可以实现4束高重复频率窄脉宽1.06 μm偏振激光输出，泵浦PPLT可获得高功率3.9 μm中红外激光输出。

在高功率线偏振基模输出激光二极管(LD)侧面抽运NdYAG激光腔中，热致双折射效应是影响线偏振基模输出功率的主要热效应。利用双棒串接结构，对热致双折射效应引起的退偏效应进行了有效的补偿。在分析谐振腔参数对激光器性能影响的基础上，通过优化设计，在实验中得到了35 W的线偏振基模输出。

为了获得百瓦级激光二极管侧面泵浦绿光激光器，设计了双棒串接、双声光调Q的Z型谐振腔结构。依据光束传输矩阵，通过软件模拟并计算了激光晶体内基模半径随屈光度的变化以及倍频晶体附近腔内光场在子午面和弧矢面内的分布情况，筛选出理想的谐振腔参数。在总泵浦功率1080W，声光调Q重复频率为10kHz时，获得532nm绿光最大平均输出功率为174.1W，脉冲宽度为160ns，光-光转换效率为16.1%，光束质量因子M2x＝9.63，M2y＝9.78。实验结果表明，使用双棒串接、双声光调制Z型腔结构，可以获得百瓦级高功率高光束质量532nm绿光输出。

为了设计出高功率、高光束质量的激光器，研究激光器的光束质量随腔内光学元件间的距离、孔径尺寸等的变化具有重要的意义。在考虑棒端平面的热膨胀的情况下，用光学传输矩阵方法研究了双棒对称腔中双棒之间的距离对激光器稳定性和光束质量的影响。数值计算了在没有热致双折射补偿和有热致双折射补偿时光束质量、棒中基模体积、模形状与棒温差和双棒间距离的关系。结果表明，在热致双折射补偿腔中，为得到好的光束质量，应该将两棒分别靠近两端的端镜或在腔中间相互尽量靠近。并且，将两个棒放置在靠近腔镜的位置，激光器可以高功率无损伤运转。

固体激光器中的热致双折射效应严重地限制了基模输出功率的提高,为了获得大功率高质量的激光输出,需要对热致双折射效应进行补偿。在理论上对双棒在腔内串接补偿热致双折射效应的条件进行了改进,通过设计合理的腔结构和腔内元器件,应用4f成像系统空间滤波器并考虑石英旋光器的厚度,使得腔内光束的退偏率降至2.5%以下。使用矩阵光学的方法简化了对含有这样一个复杂光学系统的谐振腔稳定性和腔内光束半径等特性的分析。通过在腔内加入一个正透镜来扩大基模体积,实验中在双氪灯连续抽运Nd∶YAG激光器中得到了61 W线性偏振的激光基模输出,表明在大基模体积谐振腔的设计中,双折射效应的补偿十分必要。