首次实现了脉冲光解碘激光作为基频光的氢气振动受激拉曼变频,对碘激光的波长转换有着重要意义。在碘激光单脉冲能量100~130 mJ(脉宽100 ns)的条件下, 采用双次聚焦技术降低了高压氢气的振动受激拉曼变频的阈值,获得了波长为2900 nm中红外激光,光子转化效率最高达到8.7%。实验发现当拉曼介质氢气气压大于1 MPa后,一级斯托克斯光的拉曼转化效率不再随气压变化,并对这一现象进行了理论分析和归属。

根据氧碘化学激光器运行过程基本稳定的特点，利用核主元分析(KPCA)方法监控非线性过程的优势，提出了基于KPCA的激光器出光过程监控方法。该方法通过沿时间轴方向展开激光器正常出光的历史数据，建立了激光器出光过程中各时刻的KPCA模型，并在特征空间构建T2统计量和平方预测误差统计量对激光器出光过程进行监控。仿真计算和试验表明，该方法具有可靠的监控性能，能及时、准确地发现激光器出光过程中的异常状态。

氧碘化学激光器（COIL）在化学反应条件下,由于光腔及扩压器的气流通道内存在残余化学反应放热,从而导致“热堵”现象发生,影响了扩压器的正常启动及光腔内超声速流场的流动品质。采用数值模拟方法对COIL光腔与超声速扩压器流道内的化学反应流场进行研究,对超声速扩压器插入段的长度、楔形体的数量级扩散段长度对化学反应流场的影响进行研究。数值模拟结果表明：通过优化插入段及楔形体长度、取消扩压器侧壁的半楔形体,改善了因化学反应放热对光腔及扩压器流场造成的不利影响。优化后,光腔内的流动不再受气流分离产生的斜激波的影响,扩压器二喉道内的分离现象消失,扩压器壁面的分离区减小,出口流动更加均匀,“热堵塞”现象消失。化学反应条件下的气流总压损失比冷流时提高约15%,光腔与扩压器的总压恢复系数为0.426,进出口的静压比为3.75,比优化前提高了约25%。

针对超音速化学氧碘激光器增益介质的横流特性,设计了具有增益负反馈的光学谐振腔结构,通过化学反应的超音速流场和光场的耦合仿真,根据具体的激光器运行参数,论证了这种结构实现自脉冲激光的可行性.结果表明:振荡激光在增益区上游放大次数越多,对上游增益介质能量提取能力越强,脉冲调制作用越显著.采用激光光斑缩束再放大的结构设计,脉冲激光的峰值功率提高10~20倍,从理论上证明了增益负反馈的调制方法能够实现横流激光器脉冲激光输出.

受化学氧碘激光器(COIL)高效率小型化及新型压力恢复技术发展的推动，考虑COIL中气体氧的低温吸附问题。从质量守恒观点出发考察了气体流过沸石多孔床的压力与速度的关系，建立了吸附剂吸收的物质与气流中物质关系的吸附平衡方程。由吸附物较少的特点，得出在确定的压力梯度下速度为常数的近似。由吸附平衡方程与吸附速率方程，构成低温吸附模型方程，其中，亨利等温线方程作为辅助关系。对低温吸附模型方程作数值求解，得到了气流中氧质量浓度及吸收的氧质量浓度随时间变化的规律，以及这些质量浓度分布的长时间渐近特征。

使用主动冷却技术降低化学氧碘激光器(COIL)尾气的温度, 是提高引射式压力恢复系统引射效率的一项关键技术。采用理论计算和数值模拟的方法, 得出了满足技术指标要求的冷却器系统设计参数, 并研制了一套以管翅式热交换器、液氮循环汽化提供制冷量的COIL尾气主动冷却试验装置。与激光器的对接试验结果表明, 在COIL出光60 s试验中, 热交换器可以使尾气温度从590 K降低到160 K, 出口截面温度不均匀度小于21 K, 经过热交换器的气流总压损失小于100 Pa。

氧碘高能激光近场存在较多的杂散光，这些光会严重影响光束传输和光束质量控制。通过对杂散光的产生机理、类型和传输规律的分析和模拟确定了不同类型杂散光的测量方法。利用两个能量计测量了30 m通道自由传输时的传输效率，利用测试光阑获得了通道内杂散光角谱曲线和镜面散射光能量。实验表明30 m通道自由传输时的能量损失约为5.2%，杂散光的角谱随着传输距离的增加逐渐增大，角谱也会随着光束质量的恶化显著增加。利用角谱曲线可以获得通道内任意位置处光阑上的热负荷，这为高能激光热管理技术奠定了坚实的基础。

利用超音速喷管实现化学氧碘激光器（COIL）内流场的加速降温，进而使增益有量级上的提升是激光器研究中的重大进展。但超音速内流场中存在着复杂的三维结构，流场结构与光束质量的关联机制是设计相关气动部件的重要判据。为此，采用了包含流场化学场、光场和热结构计算模块的全耦合仿真平台，数值解析了在不同流场条件下的出光性能，重点分析了内流场中不同方向上激波对近场输出光斑的影响及相互关系，从而确定了相关气动部件的优化设计方式。改善后的光束近场均匀性（F因子）提高了45%。

利用介质阻挡射频放电产生了单重态氧，实验中在放电气体中加入了一定量的NO气体以提高单重态氧的相对产率。通过研究放电出口处单重态氧发光强度与NO流量的变化关系，考查了NO分子对放电产生单重态氧的影响。实验结果表明，NO分子对单重态氧相对产率的提高作用呈现出先迅速增强，继而缓慢达到饱和并略有下降。在所设计的实验条件下，最佳NO流量应为O2流量的3%左右。给出了NO分子对放电产生单重态氧浓度的拟合公式，拟合结果与实验值吻合很好。从化学反应机理上对该公式给出了解释，提出了NO分子猝灭氧原子过程的一种新的可能机理，估算出该过程的速率常数为1.8×10-30 cm6/s。

为提高化学氧碘激光的性能，用五氧化二磷(P2O5)和硫酸(H2SO4)射流进行了单重态氧气流中的水汽脱除实验。实验结果表明: 在约4 kPa压力、20 m/s流速和5 ms停留时间的气流状态下，P2O5和H2SO4射流可将水汽含量分别降低至原来的约1/5和1/16，发烟硫酸甚至可降至约原来的1/90，而且对单重态氧的猝灭很小。P2O5和H2SO4都是极佳的常温射流除水剂。