设计了一种阈值较低的太阳光直接抽运的Nd∶YAG固体激光器,采用有效面积为1.03 m ²、焦距为1.2 m的菲涅耳透镜为第1级太阳光会聚装置,分腔水冷型镀金锥形腔为第2级太阳光会聚装置。在液体导光透镜和镀金锥形腔的共同作用下,通过端面、侧面同时抽运直径为5 mm、长度为75 mm的Nd∶YAG螺纹晶体棒,获得了连续稳定的1064 nm激光输出。利用光学设计软件ZEMAX和激光谐振腔仿真软件LASCAD建立理论模型,通过数值模拟验证实验结果并优化系统设计。该太阳光抽运Nd∶YAG固体激光器的激光输出功率最高为31.5 W,收集效率为30.58 W/m ²,激光器阈值功率为102 W,斜率效率为4.25%,太阳光到激光的能量转换效率为3.2%。

空间太阳能电站(SSPS)方案之一是采用激光束实现天-地能量传输。研究激光能量传输的可行性，需要对激光束穿过大气层的过程进行分析。理论分析并数据模拟了激光在大气层中传输的过程，分析了大气在不同高度处对激光的作用，计算了不同高度处的激光光强和分布，同时分析了相应的大气温度和折射率的变化规律。研究发现，利用激光实现大气层垂直方向上的能量传输，需要控制激光的功率密度在一定范围，以减小能量的损失，同时避免对大气产生明显影响。在一定传输功率下，可以通过增加光束口径来减小激光的功率密度。

设计了太阳光直接抽运1064 nm激光放大器，并实现了太阳光抽运下的激光放大。该激光放大器采用菲涅耳透镜和金属锥型腔相结合的太阳光会聚系统，增益介质为圆盘状Nd∶YAG和Nd/Cr∶YAG晶体。分析了固体激光放大的原理。通过tracePro仿真太阳光会聚系统，计算了增益介质表面的抽运光功率密度。基于Nd∶YAG与Nd/Cr∶YAG的光学与物理参数，用LASCAD仿真了增益介质内部的温度分布，验证了设计的可行性。在太阳辐射功率密度为900 W/m2和种子光最大功率为300 mW的实验条件下，最大激光输出为475.1 mW。对比分析了不同的太阳光会聚系统和不同增益介质的放大实验数据，探讨了后续改进的方向。

太阳光泵浦激光器直接利用太阳光作为泵浦源,实现了太阳光能量到激光能量的直接转化。设计了分腔水冷型金属锥形泵浦腔,以直径8 mm,长115 mm的Nd:YAG晶体棒作为激光工作物质,用有效面积1.03 m2菲涅尔透镜会聚太阳光,实验获得了23.7 W的稳定激光输出,斜效率为7.87%。通过对比实验,改进后的分腔水冷型太阳光泵浦激光器较原有锥形腔激光器有55.92%的激光输出功率提升。分别从侧面泵浦光在冷却水中的吸收损耗以及其耦合效率等方面对新型腔体结构进行了分析,证实了分腔水冷型腔体结构对侧面泵浦效率的提高,并提出了陶瓷漫反射材质的分腔水冷型激光腔的设计。