为了验证近红外激光在水面大气传输时的热晕效应, 采用缩比实验方法, 克服了大口径和高功率系统复杂、实验成本高等实际问题, 以理论分析为基础设计了高效的实验方案, 对1000nm左右的激光水面大气传输热晕效应进行了实验研究, 取得了重要的外场实验数据。结果表明, 在选择合适的功率和发射口径情况下, 1000nm左右的高能激光水面传输热晕效应可忽略。这一结果对大口径和高功率激光系统设计是有帮助的。

针对高功率大口径Nd∶YAG板条放大器自发辐射放大(ASE)的问题,基于几何光学光线追迹手段,提出了一种简化的ASE三维计算模型,修正了荧光侧面的漫反射情况以及受激发射截面温度效应引入的计算误差。通过数值仿真确定了大口径板条(尺寸为150.2 mm×40.0 mm×2.5 mm)各个表面上的荧光反射对ASE效应的贡献权重,计算了不同泵浦功率下小信号的增益情况。通过板条放大实验分析了ASE效应对板条放大性能的影响,并与模拟结果进行对比,验证了计算模型的有效性。

将非水基流延成型和真空烧结技术制备的YAG/Yb∶YAG/YAG平面波导陶瓷作为激光放大器的增益介质,研究其激光放大特性。种子源为1030 nm保偏光纤激光器,放大器的抽运源为940 nm半导体激光器阵列,抽运光经过耦合后从端面进入平面波导。对比了前端抽运和后端抽运的放大性能,测试了双端抽运的激光放大输出性能。在双端抽运下,当注入种子光的功率为136 W时,获得了功率为1.41 kW的激光输出,斜率效率达到41%。这是已报道的该类陶瓷平面波导达到的较高功率激光输出。

报道了一种波长为1319 nm的准连续Nd∶YAG平面波导激光放大器。种子源为基于侧面抽运棒状Nd∶YAG激光头的振荡器,放大器的激光增益介质为平面波导结构Nd∶YAG。YAG平面波导的尺寸大小为0.6 mm×10 mm×60 mm,中心区域0.1 mm×10 mm×50 mm为掺杂区,周围均为非掺杂YAG。放大器的抽运源为半导体激光器阵列,抽运光经过耦合后从后端面进入平面波导材料,种子光从前端进入单通放大输出。Nd∶YAG平面波导与两个微通道热沉焊接起来实现良好的散热,端面镀1319、1064和808 nm高透膜层。当抽运电流为110 A、重复频率为200 Hz时,获得了功率为36 mJ的1319 nm激光输出,放大光光效率为8.3%。

理论分析了影响二极管端面抽运Nd∶YAG板条激光放大器放大效率的因素, 设计了主振荡功率放大板条连续激光器。使用1064 nm窄线宽光纤激光器作为种子源, 采用两个Nd∶YAG板条激光放大器先串接再双程放大的技术路线。两个Nd∶YAG板条激光放大器的尺寸结构完全相同, Nd∶YAG板条的尺寸均为150.2 mm×2.5 mm×30 mm, 每个板条都是半导体激光器阵列双端抽运。放大器抽运源总功率为21.6 kW时, 实现了5.4 kW连续激光的输出, 光-光转换效率为24.8%, 光束质量β为3.5。在输出光路位置使用狭缝空间滤波器, 光束质量β可以提升到2.5。

以Nd∶YAG平面波导为激光放大器增益介质, 研究了1064 nm激光在放大过程中光光效率的影响因素; 采用基于棒状Nd∶YAG的1064 nm自由运转振荡器为种子源, 放大器抽运源为808 nm半导体激光器阵列, 抽运光脉宽与种子光脉宽相同且同步输出; Nd∶YAG平面波导的尺寸为60 mm×10 mm×1 mm, 芯层厚度为100 μm。对比研究了种子光能量、抽运能量和抽运方向对激光放大效率的影响。结果表明, 当注入种子光能量为10 mJ时, 实现了100 Hz脉冲重复频率下最大能量为713 mJ的准连续激光输出, 此时的抽运能量为1478 mJ, 对应的光光效率为47.6%。

研究了一种准连续工作下二极管抽运的高功率高效率Nd:YAG平面波导激光振荡器。实验采用尺寸为1 mm×10 mm×60 mm的平面波导作为增益介质, 搭建平平腔实验装置, 研究了平面波导激光器在不同输出镜透射率和不同重复频率下的激光输出特性。实验结果表明, 当输出腔镜透射率为79%时, 在重复频率为500 Hz、工作电流为200 A下, 获得1064 nm激光的平均输出功率为441 W; 在5种不同重复频率下获得最大单脉冲能量为928 mJ, 此时有效光光效率为53.2% 。输出激光脉冲波形与抽运光脉冲波形完全一致, 脉冲宽度都是240 μs。通过系统优化改进, 该激光器输出功率有能力进一步提升。

一种新型的掺镱硅酸盐晶体Yb³⁺∶Sc₂SiO₅（Yb∶SSO）因其良好的激光特性而在近年来受到关注。从理论上计算了Yb∶SSO晶体在不同的抽运功率情况下的热透镜焦距，分析了晶体材料负折射率系数对激光器的影响。实验中采用平平短腔结构，研究了准连续（QCW）976 nm激光二极管端抽运Yb∶SSO激光特性。在重复频率为50 Hz、脉冲宽度为500 μs、峰值抽运功率为128.8 W时，得到峰值功率为27.6 W的激光输出，光-光转换效率为21.4%。此时x和y方向上的光束质量M²为1.24和1.20。在实验中发现激光中心波长随抽运功率变化的规律，并理论分析了实验结果中双波长非同步起振的原因。

利用端抽运板条放大器多角度通光的特点，建立了一套板条放大器各特性参数的测试系统，实现了动态加载条件下板条放大器的可提取功率、波前畸变及退偏度等多参数的同步测试。该系统包含千瓦级的窄线宽注入光源及提取功率测试系统，高精度热致波前畸变及退偏测试系统。当注入光源功率为2.7 kW，抽运电流为90 A 时，板条放大器中可提取功率约为2.9 kW，波前畸变幅值差值小于1 μm(27 mm 口径)，热致退偏约为5.1%。对比无注入光时测得的放大器相关特性参数，两者差异较大，说明了该测试系统对于准确掌握板条放大器性能的必要性。

设计了一种高效率、结构紧凑的高功率激光放大器。采用解析方法分析了对称结构Nd:YAG 双包层平面波导增益介质的内部热应力，获得了其可承受的最大抽运光强。针对不同厚度的内包层结构，采用TracePro软件模拟分析得到了最佳的抽运源结构和耦合系统。为了便于进行激光模式控制，掺杂区厚度取为100 μm。内包层和外包层分别为纯YAG和蓝宝石，整个波导尺寸为60 mm×10 mm×2 mm。半导体激光器阵列输出的抽运光从波导的两个端面进入，两个大面和铜热沉焊接来获得良好的散热条件。种子光从一个端面注入，单通放大输出。通过模拟计算，在3384 W的抽运功率下，进入波导芯层的种子光功率为0.1 W，放大输出功率可以到达1322 W，光光效率约为39%。