介绍了一台2 μm波段的被动调Q（PQS）模式Tm∶YAP激光器。该激光器采取直形腔结构，用输出中心波长为792 nm的激光二极管作为泵浦光源，用新型二维材料黑磷制备的可饱和吸收体作为PQS调制器件。实验结果表明：在连续波模式运转下，当泵浦功率为8.8 W时，Tm∶YAP激光器的输出功率为1.0 W，输出中心波长为1994.8 nm，相应的斜率效率为17.3%；在PQS模式运转下，当泵浦功率为8.8 W时，Tm∶YAP激光器的平均输出功率为0.9 W，输出脉冲宽度为1.3 µs，重复频率为135.8 kHz；当平均输出功率为0.9 W时，Tm∶YAP激光器的输出中心波长为1986.7 nm，相应的斜率效率为14.2%，光束质量因子Mx2=1.10、My2=1.06。

为了研究飞秒激光光束质量因子M2基于高斯光束的传播特性和能量密度分布, 在对飞秒激光光束质量因子进行理论研究的基础上,进行了相应的数据计算, 给出了飞秒激光脉冲照射屏幕表面时所形成的环形光斑宽度的测量方法, 设计了一套由飞秒激光器、透镜、介电材料玻璃屏幕所组成的实验平台;将该方法与刀口法和CCD法测量值进行了对照,并用刀口法、CCD法确认了飞秒激光束腰在不同位置时的激光光束质量因子取值范围。结果表明, 光束质量因子M2在x和y方向上的测量值分别为2.04,1.24。该实验结果与理论分析基本一致, 比刀口法和CCD法结构简单, 所得结论数据可靠、执行方便, 对精密测量有一定的参考价值。

测量激光光束质量(M2)因子时一般要求光路准直, 同时要求降低噪声对光斑半径测量的影响。光路偏移会导致CCD采集的光斑偏离CCD中心, 噪声使偏移光束的光斑半径和M2因子的测量值存在额外误差。针对含噪声且光路偏移CCD中心的情况, 提出了一种测量M2因子的改进方法, 即当光路不准直时, 在光路每个位置采集两个不同偏移量的光斑, 则可校正得到光斑半径的真实值, 从而得到无准直误差的M2因子。理论推导了激光光束的光斑半径和M2因子与偏移量的变化关系, 通过数值仿真和实验研究了偏移光束的光斑半径和M2因子随偏移量的变化, 二者结果一致, 验证了所提方法的可靠性。

采用掺钕双包层大模场保偏光子晶体光纤(PCF)作为增益介质，实现了1.06 μm连续激光运转。实验采用线型谐振腔，光纤一端研磨成0°角作为自由耦合输出端，并提供4%的反馈光用于维持谐振腔内的激光振荡。激光器阈值为2.4 W，斜效率为18.8%。当抽运功率达到30 W时，最大输出功率为4.94 W，光束质量因子为1.30，偏振串音为-7.9 dB，输出激光的中心波长为1062.7 nm。实验结果表明，掺钕双包层大模场PCF具有良好的单模传输特性和保偏性能，有利于激光器实现高功率高光束质量的激光输出。

研究了超高斯涡旋光束光强最大值、光斑半径以及环围能量半径等参数随传输距离和拓扑荷数的变化规律,并与高斯涡旋光束做了比较,结果表明: 超高斯涡旋光束的光斑半径和环围能量半径随拓扑荷数及传输距离呈近似线性关系;对同一拓扑荷数和传输距离,高斯涡旋光束的能量较超高斯涡旋光束要发散;当拓扑荷数较大时,超高斯涡旋光束的光斑半径比高斯涡旋光束更大。针对光束质量研究了广义光束质量因子随传输距离和拓扑荷数的变化,结果表明传输距离足够远时,拓扑荷数较小的超高斯涡旋光束具有更好的光束质量。

制备了具有低红暴优势的850 nm大功率高亮度锥形半导体激光器, 获得了近衍射极限的激光输出。当连续输出功率为200 mW时, 光束质量因子M2仅为1.7, 亮度高达16.3 MW·cm-2·sr-1; 当功率提高到1 W时, M2因子和亮度仍分别达到2.8和9.9 MW·cm-2·sr-1。此外, 研究了锥形激光器的功率、光谱、远场分布等特性, 并分析了不同脊形波导长度对锥形激光器自聚焦现象的影响。

使用可视化程序设计软件 VisualBasic，建立了与激光谐振腔设计软件 MatLaser相对应的谐振腔数据库 MatLaser DataBase。数据库以稳定驻波腔、稳定行波腔、非稳驻波腔、非稳行波腔、相位共厄腔、光束传输为大类，以激光波长、工作物质、输出功率、激光器工作状态、作者和参考文献等为小类，同时将原文献中谐振腔结构图也作为数据库内容进行设计。该数据库收集了大量典型的激光器谐振腔结构，通过该谐振腔数据库，设计者可以方便地查询到满足设计要求的激光器谐振腔的初始结构，并将数据以文件的形式导出，在激光谐振腔设计软件 MatLaser中打开进行优化分析设计，满足应用要求。

采用时域有限差分法（FDTD），在微米量级下，模拟了微纳光纤对于光束质量的改善情况。实验中所使用的微纳光纤是采用火焰熔融拉锥法，将单模光纤熔融拉锥制成的，并采用CCD测量光束质量因子M2，对比测量了光束通过普通单模光纤和熔锥微纳光纤的光束质量。实验结果显示，与普通单模光纤相比，熔锥微纳光纤可以改善光束质量。实验与FDTD模拟计算得到的结果相一致。

使用ABCD矩阵方法，考虑矩阵元素均为复数的情况，同时将光束质量因子M2和介质中的光束传输考虑在内，基于Visual Basic可视化编程语言，开发出通用的激光谐振腔和光束传输分析设计软件。该软件可分析设计稳定驻波腔、稳定行波腔、非稳驻波腔、非稳行波腔、相位共轭腔、光束传输变换等。使用该软件可以方便地任意增减元件，进行多种光学元件组合选取，分析倾斜放置元件引起的子午面和弧矢面内光束参数的异同，以及进行热透镜、距离容差等参数的优化分析与设计。谐振腔稳定条件、光束传输等参数可以通过数据表格、文本、图形显示或以文件的方式输出。

研制了Yb3+掺杂增益导引折射率反导引（Yb3+GGIAG）光纤的纤芯和包层玻璃材料，采用套管法拉制了Yb3+GGIAG光纤，纤芯直径为120 μm，内包层直径为220 μm，外包层直径为260 μm，纤芯与包层折射率差Δn=-0.00094。测试不同长度的Yb3+GGIAG光纤，发现当单模信号光通过Yb3+GGIAG光纤时，光束质量因子M2x≈2.724；M2y≈2.642，结果表明该光纤具有近似单模的特性，经计算光纤模场直径大于150 μm。