设计了一种新型高功率直接液冷固体薄片激光器,由数十至数百片透射薄片密集堆叠构成分布式增益系统,使特种激光冷却液在增益介质间的平板微流道内流动以实现薄片直接冷却,有效解决了传统高功率固体激光器中增益介质焊接于热沉引入的热致应力、焊接面变形等问题。对该激光器的腔内损耗、腔内像差等参数进行了优化设计。分析了影响光-光转换效率的关键因素,根据像差特点给出了光束质量控制方法。将20片薄片以特别角度密集堆叠构成增益模块,利用两个增益模块在稳腔和非稳腔中均实现了功率大于9 kW的准连续波(QCW)偏振激光输出,且这一实验室光源的体积小于0.4 m ³。

研制的双波长短脉冲激光器采用“大模体积腔+渐变反射率输出镜”技术, 对二极管泵浦棒状激光介质产生的热透镜及热退偏进行补偿, 在500 Hz下实现了谐振腔短脉冲能量140 mJ, 脉宽约17.76 ns的1 064 nm激光输出, 20 min能量不稳定性RMS值小于0.3%, 激光光束质量M2≈1.6。该实验结果与采用MOPA技术路线——谐振腔+预放的方式技术指标相当, 但采用谐振腔的技术路线结构简单紧凑。采用水热法生长抗灰迹效应的GTR-KTP晶体作为倍频晶体, 相位匹配方式选择II类相位匹配, 倍频后532 nm激光单脉冲最高能量96 mJ, 最高倍频效率68.6%, 激光光束质量M2≈2.1。通过能量调节设计, 实现了线偏振态1 064 nm和532 nm激光功率连续可调共光轴输出。

研制了大能量高光束质量短脉冲激光器，系统采用主振荡＋预放大器＋主放大器2级主振荡功率放大器(MOPA)结构。采用双棒热效应补偿改善光束质量的措施，在重复频率400 Hz时实现单脉冲能量40 mJ、光束质量因子约为1.2的激光输出。激光器放大后实现单路脉冲能量712.5 mJ、脉宽12.4 ns的激光输出，采用球差补偿的方法提高了激光器的光束质量，在最大输出功率下实现了光束质量因子小于2.3，光光效率27.7%。偏振合束后，激光器输出能量大于1.4 J。

对光纤中受激布里渊散射(SBS)的耦合波方程进行了合理的近似和简化，在瞬态SBS过程的耦合波方程的基础上，构建了数值计算的模型。特别是对变芯径锥度光纤中的SBS耦合波方程进行数值求解，得到了受激散射过程中抽运光和斯托克斯光的功率在传播过程中的变化规律，并比较了光纤参数对SBS的影响，优化了锥度光纤作为高功率高重复频率激光二极管抽运固体激光器中的相位共轭镜应用中的参数，为其在改善光束质量中的应用提供了系统的参数优化规律。此外，将模拟数据与实验数据进行对比，验证了模型的合理性。

针对布匹瑕疵种类多以及单个方法仅对特定类瑕疵有效的问题, 提出一种新的基于小波多尺度积和数学形态学的布匹瑕疵检测算法。首先对输入图像进行二进小波变换后, 低频近似子图经过数学形态学运算, 得到良好的瑕疵形状特征, 然后对高频子图使用小波多尺度积方法, 可以抑制噪声的同时增强瑕疵的边缘线性特征, 最后融合得到最终的检测结果。实验结果表明, 该算法在虚警率和运算时间较低的同时, 得到较高的检测率, 综合性能优于经典的 Gabor和小波变换算法。

在1000 Hz高重复频率条件下，对单一大口径锥度光纤相位共轭镜(PCM)进行了详细的实验研究。对采用普通红宝石切割刀和进口LDC-200光纤切割刀切割的锥度光纤受激布里渊散射(SBS)反射率进行了比较，结果表明光纤表面切割好坏对反射率提升具有重要的影响。在两种抽运脉宽24 ns和15 ns下，对均由LDC-200光纤切割刀切割的锥度光纤SBS反射率进行了比较，在同样注入近40 mJ时，分别得到最高70%和50%的反射率。对抽运脉冲宽度为15 ns时，应用该锥度光纤PCM的双通输出激光能量、脉冲宽度、光束质量变化情况进行了测量，得到42 mJ，脉宽约1.5 ns的双通输出，光束质量得到明显改善。

使用重复频率为400 Hz的Nd∶YAG单纵模主振荡器功率放大(MOPA)激光器作为光源，大口径锥度光纤作为受激布里渊散射(SBS)种子池产生SBS种子光，固体熔石英棒作为SBS放大池，对反向注入的SBS种子光在熔石英棒中呈现不同增益，也即不同抽运功率条件下的布里渊放大行为从功率、时间和空间三个大的方面进行了详细的实验研究，包括放大的SBS输出功率、注入SBS种子光放大倍率、总的SBS反射率、熔石英棒布里渊放大器提取效率以及脉冲宽度和光束质量随SBS种子注入功率的变化情况等。获得了最高输出15.5 W的放大SBS输出、70倍的SBS种子光放大倍率、大于50%的总反射率以及52%的能量提取效率；观察到脉冲展宽以及布里渊放大器中的增益导引两种现象。实验结果表明，在小信号SBS种子光和大信号SBS种子光注入情况下，熔石英棒布里渊放大器具有不同的放大特性。另外，在实验过程中还发现，SBS种子光和抽运光的空间重合程度以及熔石英棒中抽运功率密度的大小是影响SBS放大输出功率的两个重要方面。

使用脉冲激光二极管抽运的单纵模激光器作为种子源，通过两级预放大器和两级主放大器的单通放大，得到重复频率400 Hz，单脉冲能量36.5 mJ，脉宽24 ns的单纵模激光输出，且输出光束质量为M2x=1.78,M2y=2.13。应用大口径锥度融石英光纤作为相位共轭镜，获得了大于50%的受激布里渊散射反射率，入射激光被压缩到6 ns左右，大幅提升了脉冲峰值功率；由于相位共轭特性，反射回的激光将沿原路返回再次通过主放大器，补偿了激光晶体中的相位畸变，并再次提取晶体中的能量进行有效放大。双通后输出重复频率400 Hz，单脉冲能量101.25 mJ，脉冲宽度6 ns左右的单纵模激光，峰值功率可高达16.8 MW，光束质量因子为M2x=1.74, M2y=1.93。可见，在应用该相位共轭镜双通过后，光束质量并没有继续恶化，而是有所提升；使用平面镜双通后的光束质量因子M2≈4，从而有效证实了该光纤相位共轭镜补偿畸变的作用。

使用最高重复频率可达1000 Hz的脉冲激光二极管抽运的电光调Q单纵模激光器作为种子源,经过两级预放大器和两级主功率放大器后获得高重复频率高能量的激光输出。然后使用此光源对由芯径为1 mm和400 μm的石英光纤组合而成的大口径锥度光纤固体相位共轭镜在重复频率分别为1000,500和400 Hz情况下的受激布里渊散射反射率进行了详细的实验研究,并分别得到33.3%,41.2%和50.7%的最高反射率。实现了固体相位共轭镜在高重复频率大能量条件下大于50%的受激布里渊散射反射率。在重复频率为400 Hz时,激光脉冲宽度从24 ns压缩到6 ns,压缩比为4:1,且脉冲光滑无调制。

对高功率腔内倍频激光器光束质量影响因素进行了初步分析, 提出了谐振腔优化设计、热效应补偿等改善光束质量的措施并进行了相应的实验研究。采用光束质量控制措施后, 在10 kHz重复频率下, 利用优质8 mm×8 mm×12 mm KTP晶体获得了63.7 W,M2≈9.65的高光束质量倍频绿光输出, 光-光转换效率达到9.7％; 在15 kHz重复频率下, 利用优质8 mm×8 mm×30 mm LBO晶体获得了79 W,M2≈6.46的高光束质量倍频绿光输出, 光-光转换效率达到9.8％。