基于掺镱光纤激光放大器理论模型,分析了光纤放大器中掺镱光纤弯曲半径对模式传输损耗的影响以及掺镱光纤长度对系统光-光转换效率的影响。结合实验中采用的掺镱光纤的特点,对掺镱光纤的弯曲半径及光纤长度进行了优化设计。基于主振荡放大结构中,种子光源的输出功率为170 W,光束质量为 M2x=1.10, M2y=1.05;放大器采用双端抽运的方式,使用自研30/600 μm掺镱光纤,最终实现了输出功率为10.14 kW,中心波长为1070.36 nm,3 dB带宽为5.32 nm的全光纤激光输出,光束质量为 M2x=3.12, M2y=3.18。放大级最大光-光转换效率为87.9%,斜率效率为89.2%,输出激光信噪比大于45 dB。

为了获得简单紧凑的固体激光器, 采用半导体端面抽运三程折叠谐振腔板条激光器, 建立了热透镜等效腔模型, 进行了等效腔稳定性及腔内基模光斑半径的仿真分析, 将新型结构与平-平腔结构进行了比对性实验研究。结果表明,在三程折叠腔长为170mm时, 获得了21W的1064nm激光功率输出, 光光转换效率为16.4%, 斜效率为25%, 水平和竖直方向上的M2因子分别为10.8和2.76。同等条件下, 水平方向上M2因子从平-平腔的152.7优化到三程折叠腔的10.8; 输出光斑水平方向尺寸由平-平腔的10.8mm压缩到三程折叠腔的4.1mm,验证了结构简单紧凑的端面抽运三程折叠谐振腔激光器光束的输出能力。该研究对获得腔内调Q和腔内倍频532nm激光器有实际意义。

介绍了在室温条件下双端抽运高功率Tm:YAP板条激光器。采用双凹腔结构通过优化泵浦光斑尺寸, 在腔内插入双F-P标准具控制激光波长, 当抽运功率为164.4 W时, 获得了54.7 W的连续输出功率, 其斜率效率为44.2%, 输出波长为1 938.8 nm, 随着功率的增加输出波长只有0.3 nm的漂移, 且实现了0.18 nm窄线宽的激光输出, 同时测量了10 W、25 W和35 W时的光束质量, 分别为3.5、4.1和4.2。

基于瞬态热传导方程，通过积分变换方法求解得到脉冲高斯光束双端抽运Tm:YAG棒的时变温度场解析表达式，进而求得时变热焦距。同时定量模拟，分析了不同抽运功率、重复频率与占空比对脉冲激光二极管双端抽运Tm:YAG棒轴向瞬态温度分布和时变热焦距的影响。模拟结果表明：随着脉冲抽运个数的增加，Tm:YAG晶体棒内温度和热焦距整体均呈锯齿状分布，并最终趋于稳定的周期性分布；随着抽运功率、重复频率与占空比的增加，Tm:YAG晶体棒整体温度升高，且棒两端面中心点与棒轴向中心点温差增大，而时变热焦距整体逐渐变短且波动范围变小。研究成果为进一步研究热效应补偿和谐振腔设计提供了理论依据。

掺铥光纤激光器所发射的2 μm波段激光处于水分子吸收峰且对人眼安全，并且被认为是3~5 μm光参量振荡的有效抽运源，因此具有巨大应用前景。围绕进口和国产掺铥双包层光纤展开了一系列研究，实现了光纤激光器的连续运转、脉冲运转、可调谐输出等。对进口光纤的光谱特性进行了较全面的研究，获得最大连续输出功率6 W、斜率效率50%；采用国产掺铥双包层光纤，获得最大连续输出功率5.1 W、斜率效率41.9%；采用后向Littrow结构、以闪耀光栅作为选频元件，获得了2 μm附近最大范围可达105 nm的可调谐激光输出，且各调谐激光线宽均在2.2 nm左右。采用声光调制器(AOM)作为Q开关，在调制频率为1 kHz时，获得最高峰值功率4.2 kW、最大脉冲能量840 μJ、脉宽200 ns的脉冲输出；在3 kHz时获得了最短180 ns的脉冲输出。对双端抽运方式也进行了研究。分析了腔镜透射率和激光介质长度对激光输出功率的影响，讨论了激光光谱的红移现象。

报道了一台输出功率达50 W量级的采用808 nm高功率激光二极管双端抽运的Nd∶YVO4复合晶体基模固体激光振荡器。双端抽运结构和复合晶体的采用有效地降低了激光晶体中的热效应，可在晶体中获得更加均匀的热分布和增益分布。使用非对称平平腔动态稳定腔结构，使激光器的两个稳定区分离，并使其运行在稳定区I中，这样不仅可以进行高功率抽运，而且可以获得很低的失调灵敏度。对谐振腔腔长进行优化后，在抽运功率约104 W时获得了最高51.2 W的基模连续激光输出，基模光光转换效率达49.2%；通过在腔内插入声光调Q器件，获得了重复频率在50～600 kHz之间连续可调的脉冲激光输出。重复频率在100～600 kHz之间时，平均输出功率可基本稳定在49 W，脉冲宽度从18.2 ns增加到85 ns；重复频率50 kHz时，平均输出功率43.2 W,脉冲宽度13.5 ns，峰值功率为64 kW。

使用高功率激光二极管(LD)双端抽运复合晶体结构是获得高功率高效率基模输出激光器的有效手段。使用YVO₄-Nd:YVO₄-YVO₄复合晶体作为激光增益介质,并采用平平非对称腔结构,使激光器运行于动态稳定区,在抽运功率为70 W时,连续基模输出功率可达34 W,光光转换效率为48.6%;但在调Q状态下,脉宽较长,达80 ns左右,某些时候不能满足激光器的后续应用。在缩短谐振腔长臂之后,当抽运功率为66 W时,获得了连续30 W的基模激光输出,光光转换效率为45.5%;在调Q状态下获得了脉冲重复频率在10-200 kHz的准连续输出,并对平均输出功率、脉冲宽度和峰值功率随脉冲重复频率的变化进行了详细的实验研究。在重复频率为10 kHz时,得到平均功率19.3 W,脉宽28 ns的基模输出,对应于单脉冲峰值功率为68.9 kW;在重复频率为100-200 kHz时,平均输出功率始终保持在27 W左右,脉冲宽度在50 ns左右。对谐振腔设计及实验现象做出了合理的分析,指出了进一步改进激光器设计从而获得更短脉冲宽度的方向。

合作发光效应、热效应以及非线性效应限制了单根掺Yb³⁺光纤激光器输出功率的进一步提高。根据能级间的吸收与辐射，分析了掺Yb³⁺双包层光纤中的合作发光效应，分析表明，随着Yb³⁺的掺杂浓度的增大，光纤中合作发光增强，抽运光越强，合作发光也越强。实验研究了输出功率61．6W，斜率效率为55%的双端抽运的掺Yb³⁺双包层光纤激光器的合作发光效应，研究表明，随着抽运光功率的增大，合作发光强度增强，掺杂浓度越大，光纤中合作发光效应也越强。这一结果有利于进一步提高掺Yb³⁺光纤激光器的效率。

激光二极管(LD)抽运的固体激光器(DPSSL)的调Q器件是获得高重复频率、高峰值功率的有效手段之一,随着激光雷达、激光加工业的发展,要求调Q器件向着更高重复频率的方向发展。Nd:GdVO4以其优异的物理和激光特性,使得它在激光二极管端面抽运固体激光器的声-光(A-O)调Q器件中,即使在很高的调制重复频率下,仍可获得窄脉宽、高峰值功率的脉冲激光输出。理论分析了影响脉冲激光的输出能量和脉宽大小的决定因素,研究了脉宽、平均输出功率及峰值功率随调Q重复频率的变化关系。利用双激光二极管双端抽运Nd:GdVO4晶体棒,实现了声-光调Q高重复频率窄脉宽1063 nm激光输出。在晶体入射端面总抽运功率约43 W条件下,当重复频率f=10 kHz时,获得脉宽Δt=10.2 ns,单脉冲能量E=0.95 mJ,峰值功率PM=93.1 kW的输出；在重复频率f=100 kHz时,获得Δt=28.1 ns,E=0.10 mJ,PM=3.6 kW的结果。