为了明晰碟片多通放大器的腔体设计方法，本文对不同类型的碟片多通放大器做归纳与总结，共归纳出4f中继成像、谐振腔设计/光学傅立叶变换、近准直光束传输与其他共4种设计理念的多通放大器。介绍了每种放大器的设计方法并详尽列举了研究现状。通过对比4种类型的碟片多通放大器，发现不同种类的多通放大器各有优缺点。4f中继成像需要真空环境以避免焦点处的气体电离，因此机械装置与调试难度较大；谐振腔设计/光学傅立叶变换概念多通放大器的镜片处存在较小光斑，因此较适用于较低能量的多通放大器；近准直光束传输方法由于不需要真空环境，具备很大的发展潜力，但需要精准控制激光运转状态下的碟片面形，难度也较大。因此，从激光器设计角度来看，需要对碟片多通放大器继续进行优化设计，从而同时实现使用场景的多元化与输出能量的可持续拓展。

机载激光雷达是实现远距离大气精准监测的重要手段，CO₂激光器工作谱段与部分大气污染物和化学物质吸收谱一致，是大气监测激光雷达的重要光源。面向机载要求，在控制体积重量的条件下实现−40 °C~55 °C宽温域工作是机载CO₂激光器温控系统的设计难点。因此，本文提出一种以激光器性能和环境温度为设计输入，半导体热电制冷与强制风冷相结合的闭环温控方法。根据激光器、半导体热电制冷和强制风冷等的结构与传热特性，建立温控方法的有限元模型，基于此模型对激光器温控性能进行研究。对于55 °C高温环境，温控系统工作25 min后，激光器温度控制在40 °C；对于−40 °C低温环境，温控系统在工作20 min后，激光器温度控制在25 °C，满足激光器正常工作要求。根据激光器及建立的温控方法，开展高低温环境下激光器工作能力实验研究，采集实验过程中的激光器温度数据，测量高低温条件下激光输出能力。实验结果表明：实测激光器温度与有限元仿真温度数据基本吻合，两者误差小于10%；采用所提出的温控方法，激光器在高低温条件下可以正常工作，输出功率与室温条件下一致。

为研究缓冲气体对循环流动半导体泵浦碱金属蒸汽激光器（DPAL）气体温度三维分布和输出性能的影响，将光束传播方程引入循环流动DPAL理论模型，仿真分析了高功率泵浦情况下缓冲气体配比和压强对端面泵浦横向流动铯蒸汽激光器（Cs-DPAL）输出性能的影响，获得了蒸汽池内工作气体温度的三维分布和对应的输出功率。结果表明，使用纯烷烃作为缓冲气体时，相比于CH₄，相同压强的C₂H₆对应的蒸汽池内温度更低，激光输出功率更高；使用烷烃气体和惰性气体的混合物作为缓冲气体时，若烷烃的压强较低，加入适量的He或Ar可降低蒸汽池内温度并提升激光输出功率。

为实现高效率、高功率中波红外激光输出，研制基于MgO：PPLN晶体的中波红外光参量振荡器（OPO），泵浦源为基于主振荡功率放大（MOPA）结构的线偏振掺Yb光纤激光器（YDFL）。实验结果表明：YDFL可实现最高79.1 W的1064.1 nm脉冲线偏振激光输出；在YDFL泵浦下，通过优化输出镜曲率半径和泵浦光束腰直径，该OPO实现最高9.15 W的3.754 μm脉冲激光输出，光光转换效率为11.57%，重复频率为300 kHz，脉冲宽度约为110 ns。

双光子吸收碱金属蒸汽激光器（TPAL）在基础研究和**工程中有重要的应用前景，近些年来已成为激光领域研究热点之一，但TPAL还缺少相关的理论模型。因此，本文基于碱金属原子的双光子吸收能级跃迁过程构建速率方程，并建立了TPAL理论模型，研究了单波长泵浦双光子吸收铷蒸汽激光器（Rb-TPAL）的工作特性，分析了泵浦光束腰位置、蒸汽池温度以及泵浦功率对Rb-TPAL蓝光输出特性的影响。结果表明，通过优化泵浦光束腰位置和蒸汽池温度，在高功率泵浦情况下，Rb-TPAL可获得高功率蓝光激光输出。

发光谱位于3~5 μm大气窗口处的中红外激光在医疗、工业加工、大气遥感、空间通讯、红外对抗等领域具有广泛的应用前景。以过渡金属（TM）掺杂Ⅱ~Ⅵ族硫化物晶体作为增益介质的激光器件可实现中红外激光输出，其中Fe²⁺:ZnSe激光器具有转换效率高、中红外波段可调谐范围宽、结构紧凑等优点，是中红外波段实现高功率、高能量、短脉冲的最有效途径之一。随着近些年材料技术的发展，Fe²⁺:ZnSe激光器发展迅速，逐渐成为热点之一。本文综述了以Fe²⁺:ZnSe激光器为代表的TM²⁺:Ⅱ~Ⅵ族激光器的发展历程，介绍并分析了Fe²⁺:ZnSe增益介质的制备方法，讨论了影响Fe²⁺:ZnSe激光器性能的泵浦源及因素，综合评述了Fe²⁺:ZnSe激光器的输出特性，总结了Fe²⁺:ZnSe激光器在室温和超短脉冲方向上的最新进展，并展望了Fe²⁺:ZnSe激光器后续可能的发展方向。

半导体泵浦碱金属蒸汽激光器（DPAL）兼具半导体激光器和气体激光器的技术特点，具有量子效率高、受激发射截面大、折射率扰动较小和热管理便捷等优势，可实现高效率、高功率和高光束质量近红外激光输出，在工业制造、**、医疗和科研等领域具有重要的应用价值。对于封闭静止型DPAL，在高功率泵浦情况下，蒸汽池内工作气体温度升高，热效应严重，造成DPAL性能下降。而循环流动型DPAL利用气体流动带走废热，可显著缓解工作气体的热效应，从而实现高功率激光输出。目前，循环流动型DPAL已成为实现高功率激光输出的主要技术路线，引发了越来越多的关注和研究。文中将介绍循环流动型DPAL的基本原理，概述其国内外发展现状，分析其高功率运转情况下的主要问题和解决途径，并对循环流动型DPAL的发展趋势进行展望。

为满足中红外激光的工程应用需求，研制了基于MgO: PPLN晶体的小型化高光束质量中红外光参量振荡器（MgO: PPLN-OPO）。泵浦源采用声光调Q Nd: YVO₄激光器，通过泵浦MgO: PPLN晶体，获得了高效率、高峰值功率中红外激光输出，在MgO: PPLN-OPO谐振腔中加入光阑，有效提高了中红外激光光束质量，整个激光器采用热电制冷与风冷相结合的散热方式，实现了激光器的小型化。实验结果表明：采用无水冷的声光调Q Nd: YVO₄激光器能够实现最高9.3 W的1.064 μm脉冲激光输出，光光转换效率为27.2%，峰值功率可达~27.5 kW；在Nd: YVO₄激光器泵浦下，MgO: PPLN-OPO实现了3.765 μm脉冲激光输出，在谐振腔中加入光阑后，MgO: PPLN-OPO的最高输出功率由1.20 W略降至1.08 W，但光束质量有明显提高，M_x²和M_y²因子分别从1.89和1.98优化至1.20和1.29，中红外激光脉冲宽度为8.4 ns，峰值功率达到~4.3 kW。