采用高功率激光二极管阵列（LDA）端面泵浦Nd:YAG激光棒方式,结合凸凹非稳腔的设计，获得20 Hz运转条件下小束散角激光输出平均能量约为83 mJ。以该激光为振荡源，同样采用LDA端面泵浦Nd:YAG激光棒的方式进行能量放大，组成LDA端面泵浦振荡-放大（MOPA)激光器，最终获得重频频率20 Hz、平均能量＞200 mJ、发散角＜2.1 mrad、能量波动＜±2.5%的脉冲激光输出。该激光器光光转换效率约为14.6%，体积为175×91×49 mm3，质量＜1 kg，激光经8倍发射天线后发散角＜0.3 mrad。

在空心导管泵浦耦合系统中, 测量了激光二极管叠阵中巴条的实际指向性, 并带入仿真建模中, 以便获得更准确、更优的模拟结果。与采用理想巴条指向性的模型模拟结果相比, 耦合系统的耦合效率降低了11.2%。同时, 带入实际指向性的模型模拟结果, 具有更大的能量传输损耗和调制更深的泵浦光场分布, 且该仿真模拟结果与实验结果相符。结果表明, 在空心导管耦合系统设计中, 带入实际巴条指向性模型是获得精确模拟结果的必要条件。

研制了无温控多波长激光二极管阵列端面泵浦Nd∶YAG电光调Q激光器。采用4 000 W多波长准连续激光二极管阵列作为泵浦源, 快轴准直镜与透镜导管作为泵浦耦合系统, 端面泵浦6 mm×60 mm的Nd∶YAG晶体, 并采用RTP晶体进行电光调Q实验。在重复频率5 Hz、室温(25 ℃)时, 激光器获得了最大输出能量74.4 mJ、脉宽15 ns的1 064 nm脉冲激光输出, 光光转换效率达到11%。在25~55 ℃的工作温度下, 对多波长LDA的光谱特征与激光器的输出特性作了测试, 激光器输出能量随着工作温度的上升而先迅速下降再逐步保持稳定, 当重复频率分别为5 Hz和10 Hz时, 激光器对应的最低输出能量分别为48 mJ与37 mJ。

设计并制作了一种亚波长透射光栅,利用该光栅实现了半导体激光阵列光谱合束。基于严格耦合波理论,对光栅占空比、脊高和周期等进行了设计,模拟了不同结构参数对光栅衍射效率的影响,从而实现了光栅衍射效率的优化。理论计算表明,优化后的光栅对940 nm激光的-1级衍射效率可达92%。实验结果表明,激光阵列光谱合束后,输出功率为46.2 W,光束质量为3.9 mm·mrad。

为了满足片状激光放大器对泵浦功率密度的要求, 设计并加工了高缩束比的耦合系统。根据LD的发光特性, 将输出功率为80 kW的LD阵列进行拟球面排列, 采用正交柱面透镜配合空心导光管进行泵浦耦合, 将发光面积为330 mm×85 mm的泵浦光, 在输出口处压缩至18 mm×18 mm的口径, 耦合系统的缩束比高达86∶1。模拟计算表明, 该耦合系统的耦合效率对导光管反射板的反射率依赖性较低。实验测量该耦合系统的效率为84.2%, 输出口处泵浦光场快慢轴的调制度分别为130和1.18, 且脱离耦合系统后的泵浦光传输8.5 mm后, 依然可以保持泵浦光场的轮廓。该耦合系统在效率、泵浦场均匀性、传输性等方面均满足端面泵浦的片状放大器对泵浦耦合系统的要求。

介绍了一种大功率激光二极管阵列驱动电源的设计方法。对电源的组成、工作原理和电流上升前沿影响因素进行了详细分析, 对输出线结构和反馈电路进行优化，有效地解决了大电流、长距离传输条件下电流脉冲前沿缓慢的问题。测试结果验证了设计思路的可行性，驱动电源实现了0~300 A 连续可调、稳定度优于0.3%的输出，在300 A,40 m 输出时脉冲前沿24.7 μs，为同类型的大功率激光二极管阵列驱动电源的工程化应用奠定了基础。

在波长光束组合基础上，用一个光栅和一个准直透镜代替传输透镜，可以有效地减小单个发光单元光束质量的退化，明显地克服相邻发光单元的反馈串扰，实现了较窄线宽的光谱组束输出。采用标准的半导体激光阵列，连续输出激光功率44.8 W，电光转换效率最高38.9%，光谱线宽为4.1 nm。光束慢轴方向光束质量因子为11.7，快轴方向光束质量因子为1.37，快慢轴两个方向都接近单个发光单元光束质量。

为LDA侧面泵浦Nd∶YAG棒状固体激光器的优化设计、参数选取及后续试验提供了理论依据和参考,建立了环形侧面泵浦棒状介质泵浦光场分布数值计算模型，研究了LDA侧面泵浦固体Nd∶YAG激光器泵浦光场的分布特点。模拟分析了LDA的bar间距、玻璃管厚度、激光晶体半径等几个主要泵浦结构参数对泵浦光场分布的影响。通过对不同泵浦参数下泵浦光分布特性的数值计算，优化了LDA侧面泵浦固体激光器的泵浦结构参数，优化后的仿真结果表明：在泵浦距离为2 mm条件下，晶体直径为4 mm，玻璃管套筒厚度为1 mm，冷却水层厚度为1 mm时，泵浦光在晶体中心处强度相对值为40.8%，在晶体轴心附近分布比较均匀，且均匀分布区域相对较大。

对激光二极管阵列（Laser Diode Array，LDA）泵浦固体激光器热设计进行了研究。通过采用计算热阻的方法，根据LDA的发热功率选择热电制冷器（Thermaol Electronic Conrtoller，TEC）和相应的散热器，采用强迫风冷的方式对重复频率为25 Hz，输出单脉冲能量为80 mJ的LDA泵浦固体激光器进行了精确的温度控制。试验结果表明，在-40 ℃～55 ℃环境温度范围内，激光器性能稳定，满足技术指标要求。

针对大功率激光二极管泵浦固体激光器(DPL)对大功率驱动电源的特殊要求,设计了一种大电流恒功率放电及驱动控制电路。将该电路与现有的充电和过流保护电路组成一套完整的激光二极管阵列驱动电源,并应用于基于大功率激光二极管阵列的DPL系统中。该驱动电源可为DPL系统提供频率为20 Hz,脉冲宽度为230 μs,200 A以上的驱动电流,这将对多种以DPL为基础的激光**系统产生重要的实际应用价值。