报道了瓦级高效率中红外3.8 μm连续波全固态激光器。采用自行研制的波长为2.8 μm的光纤激光器泵浦Fe∶ZnSe晶体，并通过液氮对晶体进行制冷，获得了中心波长为3.8 μm的连续激光输出。激光器的最大输出功率为0.97 W，斜率效率达到38.6%，泵浦阈值约为0.4 W。

为了确保窄脉宽XeCl准分子激光系统获得高峰值功率紫外激光脉冲，实验研究了紧凑型四向电子束泵浦XeCl准分子激光器的输出特性。通过调节激光腔室气体介质的总气压和气体摩尔比、激光器的充电电压、二极管阳极钛箔厚度等参数，发现了激光能量随以上条件的变化规律，分析得到了激光器运行的最佳条件。在最佳条件下XeCl准分子激光器的脉冲能量大于100 J、脉宽约200 ns，电光效率约为5.81‰。另外，通过改变激光器内部Marx发生器的开关气压，研究了紧凑型电子束泵浦XeCl准分子激光器输出激光脉冲的延迟抖动特性，发现激光脉冲的延迟抖动可优于20 ns。研究结果表明: 紧凑型电子束泵浦XeCl准分子激光器可实现脉冲抖动小于20 ns、103 J的高能紫外激光输出，可满足窄脉宽XeCl准分子激光系统运行的需要。

为了获得高重复频率高功率中红外氟化氢(HF)激光输出,采用自动紫外预电离和对称Chang氏电极结构,制备了闭环的非链式重复频率HF激光器,并对其进行了详细介绍。实验研究了激光器的输出特性和重复频率运行特性,获得了激光能量随重复频率的变化规律。在增益区气体流速为16 m/s,工作电压为25 kV,总气体压强为8.5 kPa、物质的量分数分别为92%和8%的SF₆和C₂H₆混合气体条件下,实现了重复频率为150 Hz、平均功率为200 W的HF激光输出。

放电引发非链式脉冲HF激光器在全谱输出条件下典型的输出谱线约16条,谱线集中在2.65~3 μm波段,大气中H₂O分子在2.7 μm附近的吸收带对HF激光能量衰减有较大影响。利用放电引发非链式脉冲HF激光器,获得了宽谱脉冲HF激光在空气中的吸收衰减规律。实验结果表明,全谱输出条件下脉冲HF激光在激光器出口处的吸收系数约为0.066 m ^-1,传输40 m后吸收系数降低到0.01 m ^-1附近。吸收系数随着传输距离的增加而减小,并趋于常数。通过对非链式脉冲HF激光2.8 μm以下输出光谱的抑制,在激光器出口处吸收系数减小到原来的1/3,约为0.022 m ^-1,一定程度上降低了空气吸收对激光能量的衰减。

研究了氟化氢(HF)分子浓度以及工作介质消耗对激光脉冲能量的影响。受激光器内基态HF分子对激光的再吸收以及对激发态分子强弛豫的影响,激光脉冲能量随着激光器内HF分子浓度的升高而明显下降,HF分子浓度每增加1×10 ¹⁵ cm ^-3,激光脉冲能量约下降1.15%。1个激发态HF分子约产生0.8个光子,放电区内SF₆气体的分解率约为1%,单次放电过程中激光器内所消耗的工作介质较少,约为气体总量的1/(2×10 ⁵)。实验结果表明:HF分子浓度对激光脉冲能量的影响较大,介质消耗对激光脉冲能量影响较小;通过在激光器内加入分子筛,可以将HF浓度控制在1.8×10 ¹⁵ cm ^-3的水平。在两个因素的共同影响下,激光脉冲能量下降率约为10%。

基于粒子图像测速(PIV)技术,测量了闭合循环脉冲XeF(C-A)蓝绿准分子激光器增益区的流场。研究了放电区域内流场中心区、近激光窗口区和过渡区在未放电条件下定常流场的流速特征及放电后不同时刻的流场形态,分析了放电后流场的恢复时间与风机转动频率、放电电压的关系。结果表明:在近窗口区域,存在流速缓慢的涡流;在流场中心区,流速较大且分布均匀;放电后瞬态出现了流速极慢的流场停滞现象。

利用项目组研制的放电引发脉冲HF激光器,测量并研究了激光输出光谱的特性。结果表明:放电引发脉冲HF激光光谱的能量主要集中于v(3—2),v(2—1)以及v(1—0)三个振动跃迁辐射带,在2.65~3.05 μm波长范围内测量得到了13~16条主要的输出谱线,其中v(2—1)振动跃迁输出能量占比最大,在40%~50%之间。适当改变充电电压和工作气体总压力可以调节各个振动带输出能量的比例:v3振动能级输出能量的比例随着激光器充电电压的增加而增大,随着工作气体总压力的升高而减小,这与v1振动能级的情况相反。

开展了分子筛对非链式电激励重频HF激光器中基态HF分子吸附技术研究，设计了新型的分子筛吸附装置，进行了大量的吸附实验，结果表明:3A分子筛为有效的吸附剂，实现了HF激光器在50 Hz/20 s条件下运行时平均激光能量下降率小于5%，大大提高了激光能量的稳定性，延长了激光介质的使用寿命。开展了激光器工作于不同频率条件下使用3A型分子筛吸附装置时的激光能量情况研究，并通过实验方法获得了3A型分子筛的再生活化方法。

采用正支虚共焦非稳腔对非链式脉冲HF激光谐振腔进行了优化, 提高了激光光束质量。采用不同放大倍率和不同模体积直径, 设计了5种不同参数的激光谐振腔。利用聚焦法测量了焦面远场光斑, 采用衍射极限倍数法分析了激光光束质量变化规律, 比较了不同腔参数激光脉冲能量的变化规律。实验结果表明, 非稳腔放大倍率大于2.5倍情况下, 可以得到约2.3倍衍射极限的激光输出。为了得到较好的实验结果, 在实验所用的放电电极结构下, 激光模体积直径控制在增益区截面直径的80%以内情况下得到的光束质量较好。