激光弯曲成形技术常用的激光类型是点激光，在温度梯度机理的作用下单次成形角度有上限，在3°左右。为了增大点激光单次成形角度，提高成形效率，本文以不锈钢304板为对象，通过试验对比探索了将圆振荡模式应用于激光弯曲成形中以提高弯曲角方法的可行性；并且借助于三维视觉传感器测量板件在圆振荡激光束弯曲成形过程中的动态响应，从余热效应、吸收率等角度分析其弯曲成形机理。对比试验结果显示，在激光能量密度较高的情况下，圆振荡模式确实可以明显提高工件的弯曲角，增长率在60%左右。同时，三维视觉传感器的测量结果显示出了板件在成形过程中的复杂形变与角度变化过程：板件在长度与宽度方向上均产生了塑性变形，长宽形变比约为10∶1；单次扫描成形板件弯曲角增长过程呈现不同的增长曲线；多次扫描成形弯曲角分布不均衡。此外，板件厚度也逐渐增加，热影响区微观晶粒得到细化。为进一步理解圆振荡激光束弯曲成形过程与机理提供了试验支撑。

为解决激光应用中的光束指向抖动问题，提出一种基于高斯过程回归（Gaussian process regression）的激光光束指向稳定性优化方案。介绍了激光光束指向稳定系统装置构成及原理，论述了高斯过程回归方法的原理及其作为激光光束快速稳定控制算法的优势。经过该方法优化后，指向抖动达到水平方向2.3 μrad, 竖直方向3.3 μrad，将激光系统指向稳定性提高了1个数量级以上。指向性抖动为已有线性反馈系统的20 %，尤其对于高频噪声优化有显著效果。该研究对于激光光束指向性敏感的精密实验和精密加工具有重要意义。

介绍了真空通道应力补偿结构的基本工作原理；研究了大温差环境下，激光束长距离真空传输通道的真空负压应力和热胀冷缩应力的自适应补偿技术和光学舱结构变形抑制技术；在整个光学系统上，开展了现场安装调试和真空负压应力考核，并进行环境温差变化情况下的光路传输稳定性试验验证。试验结果表明：解决了超长激光束真空传输通道在真空负压和大温差环境下的真空负压应力和热胀冷缩应力的自适应补偿问题和光学舱结构变形抑制问题；实现了传输通道真空负压应力自动平衡；消除了真空负压应力造成的光束漂移；实现了大温差环境下的真空负压通道结构热胀冷缩应力的自由释放；达到了光路长时间保持稳定的实际效果。

设计了带有质子注入高阻区的刻蚀微结构面发射半导体激光器结构，使得从出光口到上DBR形成环形波导，进而直接产生空心激光束输出。使用FDTD 软件计算了刻蚀微结构VCSEL的光场分布，得到的环形模式图样在不同模式数目下都能保持空心光束的特性。制备了室温下激射波长为848 nm的微结构VCSEL，并测试其输出特性。阈值电流为0.27 A，峰值功率最高可达170 mW。不同电流下的近场图都显示出非常明显的空心环形光斑，远场光强分布曲线也符合空心光束的特性。该新型VCSEL技术为空心光束甚至阵列器件的发展提供了一种新的方法。

在大功率激光系统的评价与分析中，激光器的光束品质是系统光束品质的决定性因素，也是激光器验收、鉴定的重要指标，其中束散角是判别激光光束质量的重要参数。本系统测试激光波长的范围比较宽，一般在0.532 μm~10.6 μm之间，没有合适的探测器能够覆盖整个波段，所以采用了一种新的方法来解决宽波段束散角的测量问题。选用CCD成像和扫描狭缝相结合的方法来实现宽波段激光光束束散角的测量，可见光和近红外波段（0.532 μm~1.2 μm）激光光束采用CCD法测量激光束散角，中红外波段（1.2 μm~10.6 μm）激光光束采用扫描狭缝法测量激光束散角。两种方法的结合可以较为精确地测量出不同波段的激光束散角。