利用数值模拟方法，采用桶中功率为86.5%定义的环围功率束宽作为光束扩展的评价参数，研究了环状光束在大气湍流中沿斜程路径传输的光束扩展。研究结果表明，自由空间中遮拦比越大，远场光强旁瓣越明显。大气湍流造成光强旁瓣消失，且远场光强分布并不是高斯分布。光束扩展随着遮拦比和天顶角的增大而增大，大气湍流对光束扩展的影响也随天顶角的增大而增大。当遮拦比较大或较小时，湍流对光束扩展影响随遮拦比的增大而减小；当遮拦比中等大小时，湍流对光束扩展的影响几乎不随遮拦比而变化。与已有研究结果比较发现，按照桶中功率不同百分比定义的环状光束环围功率束宽受大气湍流影响规律是不同的，研究结果对实际应用具有意义。

谐振腔的自动准直调整技术是实现高能激光器系统自动化的关键技术之一。在对正支共焦非稳腔自动准直调整方法的研究基础上，应用基于系统性能评价函数无模型最优化的随机并行梯度下降(SPGD)控制算法实现腔的自动准直调整。实验结果表明该方法可实现腔镜的闭环控制准直调整, 其调腔共轴精度在一定程度上高于传统的人工调腔精度。

建立了超高斯光束的相干叠加的数学模型,对比了光束间距为1 cm、超高斯阶数为12条件下25束高斯光束相干叠加与非相干叠加时的光强分布,发现相干合成的峰值光强为非相干叠加的峰值光强的近10倍,且光束质量也得到大大提高,有利于提高能量的利用率.分析了多种条件下相干合成的光强分布特性,结果表明:随机相位差小于十分之一波长时,相位差的变化对相干合成效果影响不大;当超高斯阶数大于10时对相干合成的峰值光强影响较小;随着相干发射阵列光束间距的增大,相干合成光强迅速减小,光束质量变差.得到了传输距离分别为10 m,100 m,1 km和5 km下的光强分布,表明合成的峰值光强随着传输距离的增加而由小变大,最后随着传输距离的进一步增大而衰减.最后得到了不同传输距离处的环围功率比.

使用熵束宽、渐近分析和环围功率法对截断平顶高斯光束的束腰宽度w、远场发散角θ0和M2因子作了比较研究.结果表明:按不同束宽定义得到的截断平顶高斯光束的w、θ0和M2因子不同,且与截断参量a/w0(a为光阑半宽度,w0为平顶高斯光束初始束腰宽度)有关.随a/w0的增加,三种方法计算得到的w、θ0和M2都分别趋于某常量.

以二阶矩和环围功率作为束宽定义,对高斯光束通过像散透镜后光束参数,包括束宽和远场发散角作了解析和数值研究.结果表明:因像散引入束宽和远场发散角的相对误差与像散因子、瑞利尺寸、透镜焦距有关.对于束宽而言,相对误差还与传输距离z有关.在几何焦面处x和y方向束宽的相对误差相等.

对束宽的不同定义作了比较研究.结果表明,不同定义束宽的数值是不同的.在自由空间中传输时,二阶矩束宽遵守ABCD定律,熵束宽的传输曲线近似于双曲线,但环围功率束宽一般不满足ABCD定律.双曲余弦高斯光束按二阶矩束宽和熵束宽法所得焦移几乎相同,而环围功率法所得焦移则与之不同.

从Collins公式出发研究了无光阑双曲正弦高斯光束的聚焦特性.研究发现聚焦双曲正弦高斯光束的轴上光强为零,因此Li和Wolf二人研究焦移的方法不再适用.使用环围功率法定义束宽和实际焦面,由此可以决定聚焦双曲正弦高斯光束的焦移.数值计算表明,聚焦双曲正弦高斯光束的焦移与偏心参数和菲涅耳数有关,焦移随偏心参数和菲涅耳数的减小而增大.此外,还分析了双曲正弦高斯光束的最佳聚焦问题.