Thermal effect is still the most serious problem: it restricts the high power and high beam quality of solid laser to be further enhanced. The efficient thermal management is an important approach to suppress the thermal effect. In this paper, the thermal effect in a gas-cooled laser diode pumped multislab Nd:glass amplifier operating at a repetition rate is investigated in detail both theoretically and experimentally. The three-dimensional distributions of temperature, stress, strain, and birefringence are calculated by a finite element analysis. Based on these data, the thermally induced wavefront distortions and depolarization losses are determined with considering six slabs and one laser head. It is revealed that the theoretical data are in good agreement with the experimental results: the total wavefront distortion is 6.77λ and a depolarization loss of more than 90% accumulates over six slabs when the heat deposition is 0.7 W/cm3.

介绍了宽频带的高功率钕玻璃激光进行频率变换的意义、存在的困难和目前高效宽带谐波转换技术的一些进展。在详细分析已有的多种谐波转换技术（如光谱角色散技术、啁啾匹配技术、晶体级联、折返点匹配等）的特点和局限性的基础上, 提出一种新颖的宽频带钕玻璃激光三倍频转换方案——组合激光工作模式方案（宽频带激光与窄带激光进行混频）。对该方案的转换带宽进行了数值研究，讨论了其转换带宽提高的内在物理原因，并分析了该方案在高功率激光装置中的应用前景。

研制一台大能量高稳定性的钕玻璃激光器。采用陶瓷紧包聚光腔, 双脉冲氙灯侧面泵浦棒状磷酸盐钕玻璃, 平行平面谐振腔实现激光器大能量、稳定性输出。应用光线追迹软件, 仿真聚光腔内钕玻璃激光棒泵浦光场, 分析聚光腔的泵浦光分布,优化聚光腔设计。采用半桥逆变式串联谐振充电的电源主电路, 应用PID控制技术的控制电路实现激光器高稳定输出。通过实验分析计算, 钕玻璃激光器输出单脉冲能量为214 J、脉宽为2 ms, 激光能量输出的稳定性为±0.7%, 电-光转换效率为1.9%和光束质量M2为1.5的激光。

从时域的耦合波方程出发，数值研究了宽带钕玻璃激光谐波转换装置中输出三倍频脉冲的幅度调制效应，提出在三倍频的和频过程中加入一束窄带脉冲来抑制输出脉冲的幅度调制效应。研究结果表明，窄带脉冲的引入可大大减缓群速度失配对相位匹配带宽的限制，从而可以很好地抑制三倍频脉冲的幅度调制效应；对于目前所需要的带宽为1 THz的紫外脉冲，传统三倍频基本装置中的幅度调制深度为180%，采用上述方案后，三倍频脉冲的幅度调制深度降低到20%。

提出了一种新颖的宽频带钕玻璃激光三倍频技术——组合激光工作模式（宽带激光与窄带激光混频）方案。数值模拟研究表明: 利用窄线宽钕玻璃激光脉冲，可以缓解宽频带激光谐波转换过程中群速度失配对转换效率的影响，从而提高宽带钕玻璃激光的转换效率；并且该方案可以与目前使用成熟的双和频晶体方案结合，从而能支持目前钕玻璃激光装置能达到的最大带宽约5 nm的高效三倍频（理论上效率达约80%）。

采用1.06 μm纳秒脉冲固体钕玻璃激光器和K9玻璃材质铃形推进器开展了大气呼吸模式单脉冲竖直激光推进实验和相应的数值模拟研究。结果表明,纳秒脉冲激光推进中焦距在推进器构型因素中占主导地位,焦距越大,推进性能越好,焦距相同时,开口张角小、喷管长的推进器获得的冲量耦合系数越大,这与微秒脉冲CO2激光推进的结论不同。分析认为超短脉冲对推进器壁面的热损伤是短焦距推进器性能较差的真正原因。在18 J单脉冲激光作用下,12.5 g推进器被竖直推进24.5 mm,冲量耦合系数达到478.75 μNDK·sDK·J-1。通过与CO2激光推进实验结果比较分析发现,纳秒脉冲激光的单脉冲推进效果要优于微秒脉冲激光。

利用角锥棱镜阵列作为谐振腔的后腔镜，设计了一种新型的钕玻璃激光器谐振腔并进行了实验研究。实验中获得了能量大于500 J的 1.06 μm激光脉冲，发散角0.6 mrad左右，电光效率为2.3%。实验采集到的输出光斑不是一系列强度相差不大的子脉冲，而是 中间有一个强峰，周围分布着一系列强度小得多的次峰。最后，对实验结果进行了解释与讨论，提出了利用角锥棱镜阵列进行光束 相干合成的设想。

设计了一种新型的钕玻璃激光器谐振腔以满足激光器高稳定性及高强度激光输出的要求。该激光器利用角锥棱镜阵列作为谐振腔后腔镜, 平面镜作输出镜, 大尺寸钕玻璃棒作激光工作物质。对激光器进行了实验研究, 实验中获得了能量大于450 J的1.06 μm激光输出, 发散角为0.6 mrad左右, 电-光效率为2.1%。实验中采集到的光斑不是一系列振幅(强度)相等的小光斑, 而是中间有一个巨峰, 在其周围分布着一系列振幅(强度)小得多的次峰。对实验结果进行了解释与讨论, 提出了利用角锥棱镜阵列进行激光束相干合成的设想。

钕玻璃激光器采用双灯对称紧耦合非聚焦泵浦腔,先后以热容及常规水冷方式运行10 s(重复频率10 Hz),分别记录100个光脉冲的脉冲能量.通过对比实验分析脉冲能量变化趋势,热容方式运行的钕玻璃激光器的平均输出功率及单脉冲能量均高于常规运行方式,约为1.4倍.结合理论计算,验证了热容激光器在抽运阶段输出的全部脉冲串能量的理论值.该结果对进一步了解钕玻璃激光器热容运行方式的输出特性具有一定的参考价值.

在分析几种激光基质材料的光谱和激光特性的基础上,提出了在功率受限型激光装置的主放大级中混合使用高增益激光玻璃和低非线性折射率n2玻璃的新思路,以期在降低n2的基础上提高激光装置的系统输出能力.采用光传输程序模拟计算的结果表明,主放大器前级用磷酸盐玻璃,后级换用低n2的氟磷酸盐玻璃的混合配置,可以有效地减小级间B积分条件对系统输出能力的约束,系统的最大能量输出有近百分之十几的增长.