为了优化垂直腔半导体光放大器(VCSOA)在不同应用中的性能, 以及用通用计算方法获得准确的端面反射率, 考虑到器件内部光场分布特点, 采用角频谱理论和传输矩阵的方法, 取得了器件中分布布喇格反射器(DBR)等效反射率与光束半值谱宽的数据, 进行了理论分析和实验验证。结果表明, 等效反射率随着结构周期增加而变大, 但是当周期大于25时基本不再变化; 与只考虑正入射情况相比, 修正后的DBR等效反射率小了2%~4%; 等效反射率随着半值谱宽θFWHM增大而减小。该研究为准确计算膜堆层数对DBR等效反射率的影响提供理论指导, 优化了VCSOA的工作性能。

为了解决热传导散热激光器抽运和散热不均匀导致光束质量下降的问题, 采用一种对称抽运和对称散热的激光抽运构型, 结合激光棒端面直接镀膜技术, 设计了一种小型化热传导激光器, 并进行了试验验证。结果表明, 激光器在5Hz重复频率下输出大于100mJ的能量, 脉冲宽度为9.18ns, 能量稳定度优于8%; 且通过了高低温、振动试验, 性能稳定。这种对称抽运热传导激光器具有结构简单、输出能量高和光束质量好的优点, 特别适合用于小型化机载激光测距领域。

为了斩断调Q脉冲拖尾, 提高激光器电光效率, 提出了一种在机械调Q射频激励波导CO2激光器中采用同步调制的激励方式。实验研究了同步调制信号对调Q脉冲拖尾长度、脉冲宽度、峰值功率和电光效率的影响。结果表明, 当同步调制信号截断时刻为-80μs时, 调制调Q脉冲拖尾长度最短, 为23μs; 当同步调制信号无激励时长为800μs时, 电光效率最高且为3%。采用同步调制的激励方式可以在有效斩断脉冲拖尾的同时保持脉冲宽度基本不变, 提高了激光器的峰值功率和电光效率。

为了增强高次谐波光谱及阿秒脉冲的强度, 采用数值求解薛定谔方程的方法, 理论研究了H+2在抽运探测激光驱动下高次谐波辐射特点。结果表明, 在抽运激光驱动下, H+2首先被激发到多光子共振电离区间, 进而增大电离几率; 随后在探测激光驱动下, 谐波辐射强度得到增强; 当采用不对称非均匀激光场时, 谐波截止频率可以进一步延伸, 并且谐波平台区只由单一谐波辐射能量峰贡献; 最后通过叠加傅里叶变换后的谐波可获得脉宽在32as的脉冲。该研究对单个阿秒脉冲的产生是有帮助的。

为了实现波长可调谐被动锁模掺铥光纤激光器, 提出了基于激光腔随机双折射效应通过调节激光偏振态来改变被动锁模掺铥光纤激光器的工作波长的方法, 并进行了原理分析和实验验证。结果表明, 调节偏振控制器可实现在2010nm, 2019nm, 2024nm, 2050nm等多个中心波长处的锁模脉冲输出, 同时在单个中心波长附近, 还可以精密调谐。这种可调谐锁模激光器结构简单、可调谐性好, 对光通信、超快光学、医学、遥感技术和雷达等应用中光源的选择有一定的参考价值。

为了解决激光二极管抽运波长随温度漂移导致激光器输出能量下降的问题, 采用激光二极管抽运源波长匹配及凹凸稳定谐振腔技术实现免温控, 并进行了理论分析和实验验证。该激光器腔长210mm, 电光转换效率5.7%; 输出单脉冲能量大于60mJ, 在10℃～30℃范围内, 能量稳定度优于5%; 激光器输出光斑直径4mm、脉冲宽度8ns、激光器10Hz工作时, 激光远场束散角为1.1mrad。结果表明, 实验与理论分析计算结果符合, 该激光二极管侧面抽运免温控激光器可在一定温度范围内保持稳定的能量输出。该理论分析与方案对研究免温控激光器具有重要意义。

为了解决传统方法中用光束参量积来评估激光光束质量的不足, 基于半导体激光器的光束特性, 采用了光束参量积Mq2因子来评估半导体激光器光束质量, 进行了理论分析和实验验证, 取得了快轴准直焦距（FAC）分别为1100μm和600μm的各6个组合光束以及FAC为600μm的10个组合光束的有效焦距长度数据。结果表明,L//和θ⊥的变化越明显, 光束质量参量积Mq2因子的变化越明显; 测量值和计算值之间的误差小于5%。这一结果对高能激光的光束质量评估是有帮助的。

为了解决光纤激光器外腔光谱组束中存在像差以及发光单元反馈不足等问题, 采用将组束系统中单个传输透镜准直和聚焦功能分离的方法, 搭建了光纤激光外腔反馈系统, 实现了激光波长的锁定。结果表明, 该系统光光转换效率为91.5%, 反馈输出线宽为0.16nm, 输出功率为29.7W, 组束方向M2=1.241, 非组束方向M2=1.171,实验结果同理论分析相符。该外腔反馈方案可以应用于光纤激光器光谱组束。

为了研究双频Nd∶YVO4微片激光器的功率均衡机制, 利用实验研究分析了微片激光器的抽运电流、工作温度和谐振波长等参量之间关系。不断增大双频激光器抽运电流, 通过降低晶体温度不断重新实现双频激光功率的均衡, 最终获得了不同抽运电流下的双频激光器的功率均衡温度, 以及双频功率积与抽运电流的关系数据。结果表明, 双频激光信号功率均衡温度与抽运电流呈分段负相关, 双频功率积与抽运电流呈正相关。此结果说明通过改变抽运电流和温控温度可以实现功率可调的功率均衡的双频激光信号输出。

为了进一步提升光纤激光器的输出功率, 采用大模场面积掺铥光纤来抑制非线性效应, 利用非均匀布喇格掺铥光纤结构, 通过优化参量, 在满足单模传输条件下获得模场面积为719μm2的大模场面积光纤。基于此光纤建立了793nm波长抽运下大模场掺铥光纤放大器理论模型。由于大模场面积光纤能降低光功率密度, 抑制Stokes光功率, 因此该种光纤放大器在高抽运功率下相比普通单模光纤放大器能够得到更大的输出功率。结果表明, 当抽运光功率为100W时, 所设计大模场面积光纤与普通单模光纤相比, 转换效率提高5%, 达到40%, 输出功率达到41.01W。以上研究对于实际掺铥光纤放大器的设计有重要应用价值。