在激光腔型设计时, 为了使激光具有良好的输出性能, 需要找出谐振腔参量对激光输出性能的影响规律。结合V型折叠腔的图解分析法和多元件光学谐振腔的等价腔分析法, 将折叠腔近似等价后, 对等价的共轴球面空腔的稳定性和输出光束质量进行理论求解分析, 找到了V型折叠腔参量和激光输出性能的内在联系。通过计算给定的条件可知, 当折叠角θ=0.15π时, 总腔长L的理想取值范围为(70, 80)mm, 最佳取值为75 mm, 端面镜曲率半径R1、R2的允许变化范围为(60, 75)mm, 折叠镜曲率半径R3的最小取值为45 mm, 随着左(右)侧子腔g-参数积增大, 右(左)侧端面镜上的基模光斑半径和远场发散角增大。上述等价腔分析法和结论对激光腔型优化设计提供了重要的理论依据。

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。

为简化高功率激光器谐振腔结构,提高激光谐振腔的稳定性,增加基模体积,改善光束质量,提出了两种新型激光谐振腔结构,分别是带角隅反射镜的激光谐振腔和直角内圆锥面反射镜激光谐振腔。使用高功率脉冲CO2激光器,研究了这两种激光谐振腔的输出特性和腔镜失调的关系,并结合平凹稳定腔,对三种激光谐振腔的抗失调稳定性进行了对比。实验结果表明,随着全反镜或平面输出镜失调角的增加,角隅腔激光器的单脉冲输出能量下降速度小于直角内圆锥面全反镜腔。两种新型谐振腔全反镜的抗失调稳定性都超过平面输出镜。角隅全反镜谐振腔和直角内圆锥面全反镜谐振腔的抗失调稳定性均大大超过平凹稳定腔。

基于传输矩阵理论,针对端面抽运的U型腔Nd∶YVO4固体激光器谐振腔的稳定性进行了理论分析和数值模拟。通过改变“U”型腔各个臂长得到不同腔臂长条件下谐振腔的稳区范围和晶体中心处的振荡光斑，比较稳区范围以及振荡光斑，找出一组腔参数值使谐振腔能够在较高泵浦功率下保持稳定且振荡光斑足够理想。按照确定的腔参数值进行了具体实验，实验结果表明:按选定参数设计的谐振腔在调Q重复频率为100kHz，泵浦功率为60W时，激光器能够稳定工作并输出21.6W的高重频激光，谐振腔稳区范围的变化规律与理论计算基本吻合。

对双端端面抽运的Nd∶YVO4Z型折叠 腔主振荡器的设计进行了模拟，采用ABCD传输矩阵理论详细分析了各腔参量对谐振腔稳定性的影响。 由模拟结果推断，稳区的范围可通过谐振腔各分臂臂长的和来调节，而且应在臂长允许的范围内尽量选 择小角度。利用相同的光学元件设计了两种腔长的热稳定腔，比较了长短腔型各自的利弊。

使用矩阵光学方法分析了V型折叠腔内腔倍频激光系统稳定运行的条件.分析了腔几何参数包括腔的尺寸、反射镜的曲率半径以及倍频晶体的热焦距对系统稳定性的影响,并作了数值计算和讨论.

在六镜环形腔YAG稳频激光器的基础上,讨论了插入信频晶体对激光腔参数的影响,并实验验证了分析结果。