研制了一种小型全光纤耦合非平面环形腔固体激光器，在1.5 W的808 nm半导体激光器泵浦下，单模保偏光纤耦合输出功率近600 mW，线宽小于200 Hz，偏振对比度优于20 dB。对该激光器的调谐、频率稳定性、功率稳定性等性能进行了研究，该激光器通过了力学试验(随机振动均方根加速度为19.8g，其中g为重力加速度)和温度试验(－20～＋65 ℃)，试验前后输出功率变化小于5%，可以用于对力学环境和温度环境要求较高的场合。

冲量耦合特性研究是分析激光清除空间碎片方案的基础。因大气传输效应和衍射极限等因素的影响,激光辐照到空间碎片上的光斑尺寸与厘米级碎片尺寸通常在一个量级,且空间碎片大多由爆炸解体和碰撞等原因产生,为非平面状,因此研究激光大光斑辐照非平面状碎片的冲量耦合特性是激光清除空间碎片的关键。以典型非平面状空间碎片(球体、正方体)为例,以碎片表面任一面积微元上的烧蚀反喷方向为微元表面垂直方向、任一面积微元上的冲量耦合系数与点辐照下的相同为前提,以积分角度推导了面积矩阵法。基于该方法研究得到了在大光斑辐照下,当激光能量密度或入射激光能量一定时,光斑尺寸和激光入射角度对冲量大小和方向的影响规律。该研究成果进一步丰富了激光清除空间碎片的理论,为激光清除空间碎片的方案设计提供了一定的理论指导。

研究了激光二极管端面抽运非平面环形腔(NPRO)激光器，获得了1.254 W的1064 nm单频可调谐激光输出，斜率效率为51.5%，在1 h测试时间内的功率稳定度为±0.8%。对输出激光的光束质量进行了测量，两方向的光束质量因子分别为M2x=1.16和M2y=1.05，采用拍频法测量表明激光线宽小于2 kHz。通过对激光晶体的温度控制实现了18 GHz的频率变化，在无跳模情况下，连续调谐系数约为-2.9 GHz/℃。通过光纤延迟自拍法对激光频率的短期稳定度进行了测试，获得激光器在100 ms积分时间内的频率稳定度为4.7×10-12。

为了分析光轴在单块晶体加工过程中镜面失谐的自洽特征，建立了非平面环形腔镜面倾斜的数学模型，利用增广的光线矩阵讨论了光轴变动。结论显示：当存在距离误差时，不会影响光轴闭合；当输入输出耦合面设计成曲面时，能实现光轴自洽闭合；当它为平面时，静态分析表明，如果两个对称全反面的失谐角度满足特定关系，能再次实现光轴的闭合。如果失谐角度不满足对应关系，对称失谐和减小失谐量能减小耦合点偏离距离。动态分析过程则给出了一个更加合理的分析加工容差方法，同时为实验的调光过程提供了理论指导。

采用全量子理论对单块非平面环形腔Nd:YAG激光器的强度噪声特性进行了研究，通过理论分析和仿真发现，单块非平面环形腔激光器的弛豫振荡主要由真空起伏、偶极起伏和内腔损耗引起，抽运噪声和自发辐射对弛豫振荡的影响相对较小。同时，从理论上对强度噪声的光电负反馈抑制进行了分析和仿真，为实验上噪声抑制电路的设计提供了一定的理论基础。参考此理论电路，设计了可以获得较好的相位超前和低噪声宽带宽增益放大的噪声抑制电路，在实验上获得了良好的噪声抑制效果。当弛豫振荡峰为311 kHz时，弛豫振荡峰处的强度噪声被抑制了39 dB，在整个频谱范围内获得了低于-115 dB/Hz的噪声水平。

提出了一种基于双镜环行光路的新型非平面多程激光放大器，它具有结构简单、体积小、空间对称性好、调节容易、光通放大次数多的优点。信号光束在放大器腔内沿着立体环行的非平面空间对称路径多次通过激光介质被放大，可在小型激光介质中获得高功率的放大激光输出。对放大器腔内光路进行了理论建模和参量分析，给出了部分光路模式的模拟图，分析了光路损耗与功率放大；初步设计了基于Yb:YAG薄片和激光二极管(LD)端面抽运的全固态非平面多程薄片激光放大器，适用于高功率激光放大。

研究了单块晶体成腔的单频非平面环形腔(NPRO)固体激光器，在1.83 W的808 nm抽运功率下输出激光1.01 W，斜率效率达到60%。采用拍频的方法对激光线宽进行了测试，激光线宽小于2 kHz。通过抽运电流反馈控制使弛豫振荡峰得到超过30 dB的抑制；通过对激光晶体的温度调节和压电陶瓷电压调节实现了激光器频率的慢调谐和快调谐，温度慢调谐变化10 ℃时激光频率变化范围超过15 GHz；压电陶瓷快调谐范围超过±200 MHz，在大于200 MHz的范围内响应时间达到45 μs。

报道了激光二极管(LD)抽运的单块非平面环形腔可调谐单频激光器的实验结果。采用LD抽运单块非平面环形腔Nd∶YAG激光晶体，分别获得了1080 mW和580 mW的1064 nm和1319 nm激光输出，对应的光-光转换效率分别为40.9%和14.3%。用法布里-珀罗(F-P)扫描法测量了激光的输出模式及线宽，对应的两种输出均为单横模、单纵模运作，其线宽分别为Δν1064 nm=41 MHz和Δν1319 nm=150 MHz。对两种输出的光束质量进行了测量，其光束质量因子分别为M21064 nm=1.14和M21319 nm=1.15。对两种激光的温度调谐特性进行了测量，1064 nm单频激光的调谐范围48.2 GHz，平均调谐精度1.42 GHz/℃；1319 nm单频激光的调谐范围12.7 GHz，平均调谐精度2.92 GHz/℃。

提出并实现了由热键合直角棱镜与角锥棱镜构成的新型946 nm及473 nm单频非平面环形激光器.直角棱镜由无掺杂的YAG晶体和2 mm厚的Nd∶YAG晶体热键合形成，可提供激光增益、光路闭合及对946 nm激光起偏等多种复合功能.角锥棱镜由熔融石英材料构成，在环形永磁铁作用下，提供法拉第旋转作用.实验上实现了该结构的946 nm腔内倍频，并获得了473 nm单频单向激光输出.