为了研究大功率CO2激光发射过程中输出窗口吸收激光能量产生热性能变化的问题, 建立了输出窗口传热学和结构力学耦合非稳态模型, 通过对模型进行有限元分析得到表征输出窗口变化的温度、热变形和热应力等参数分布。首先, 针对大功率CO2激光特点, 讨论了输出窗口材料GaAs和ZnSe的物理特性。然后, 基于10 kW级大功率CO2激光器光学谐振腔结构和输出窗口材料物理特性, 建立了输出窗口传热学和结构力学的有限元模型。最后, 利用COMSOL软件对该模型进行求解, 得到以GaAs和ZnSe为材料的输出窗口的温度、热变形和热应力等参数分布, 并对比分析不同窗口材料对参数的影响。研究表明: 在10 kW级激光作用下, ZnSe窗口温升小于GaAs窗口; 两种输出窗口产生μm量级热变形; 由于GaAs材料的热导率高, GaAs窗口的热变形和热应力分布更为均匀。

阐述了平行和楔形衬底复合型输出耦合镜(HOC)的反射率、透射率和损耗的计算方法，特别引入了品质因子进行损耗分析，可正确评价HOC质量的优劣。模拟了楔形衬底中楔角的变化对F-P效应调制的改善程度，楔角增大到0.3°时，HOC的透射率对波长和衬底厚度的微小变化不再敏感。楔形衬底使输出THz光斑在y方向上发生畸变，但0.3°楔角时输出光斑仍可保持较好的高斯形状。

以激光功率1 kW以上之轴快流激光器与大台面数控机床集成的CO2激光切割机为主，介绍了国产激光器及数控切割机床的技术水平、市场及产业规模；这一产业的二次产业——激光对外加工服务业(laser job shop )的现状与前景；指出大功率CO2激光切割机这一产业参与国际竞争的时机已经来临。

根据大功率CO2混合模激光束横截面强度分布的变化规律,任选两个横截面的强度分布,采用数值迭代方法,精确计算出混合模传输的光学参数。

研究了激光加工用大功率CO2激光束在飞行光学导光系统中传输所产生的空气热透镜效应。 实验发现当飞行光学导光系统中的空气静止时将产生空气热透镜效应, 而充以一定压力的压缩空气却可以消除空气热透镜效应。 实验表明无热透镜效应时, 光束遵循高斯光束传输规律, 而有热透镜效应时, 光束偏离高斯光束的传输规律, 并影响到激光束聚焦焦点的大小和位置。 另外通过激光空气热透镜效应的非线性模型计算了热透镜效应所引起的光束传输相对高斯光束的偏离量, 理论计算和实验测量相吻合。 在此基础上提出了热透镜效应引起光束传输虚束腰和赝束腰的概念, 并指出应采用虚束腰来推导光束的传输与聚焦特性。