在辐射环境中工作的光纤激光器受到的辐射损伤会导致激光器功率退化,进而引起辐射致产热,从而影响到激光器的正常应用和系统安全。基于此,建立一种辐射环境表征参量与光纤激光器增益光纤内功率、热效应和温度分布的关系模型,开展稳态γ射线作用下掺镱双包层光纤激光器的功率特性及热效应的数值模拟仿真。研究了辐致损耗、辐射剂量、光纤长度以及泵浦方式对输出功率的影响,并对不同泵浦方式下增益光纤内的热效应进行了分析。相关结果能够为光纤激光器的辐射效应研究工作及在辐射环境下的工程应用设计提供参考。

为了实现非接触式高温测量,本文基于多光谱辐射测温理论,采用多路光电探测器,设计了多光谱快响应测温系统。 对测量装置的测量原理、系统结构、系统标定等进行了阐述和分析。 接着利用标准钨灯对装置进行了光谱响应系数标定,并通过标准辐射源进行了温度测量的实验验证,验证了测量装置用于高温测量的准确性。

采用离线和在线两种方式对光纤激光器的增益光纤进行γ射线辐照,实验研究了γ射线辐照对激光器功率特性的影响。通过离线辐照实验发现,经过一定剂量的射线辐照,当泵浦功率大于某一值之后,光纤激光器的斜率效率基本保持不变。通过总辐射剂量为2580 Gy的在线辐照实验发现,激光器的输出功率在辐照初期呈指数衰减,降到最低值之后,会出现小幅的回升,然后趋于稳定。通过计算光纤激光器在两种辐照方式下的功率退化率随辐射剂量的变化规律后发现,在辐照的初期,在线辐照激光器的功率退化率较大,但是随着辐射剂量的增加,两种辐照方式下激光器的功率退化率逐渐趋于一致。采用光纤辐致损耗的色心理论对实验结果进行了初步解释。

激光中继镜技术是一项备受各方瞩目的新型系统作战概念。光束在上行链路传输过程中，接收望远镜的截断和次镜的阻挡导致了严重的能量损耗，降低了中继镜系统的性能。涡旋光源和相位优化是提升激光中继镜系统上行链路能量效率的有效方法之一。以光源口径为1.2 m，上行传输距离为30 km，上行接收望远镜外径为1.2 m，内径为0.24 m的中继镜系统为原型，搭建了相同菲涅耳数的中继镜系统光束上行传输缩比实验装置，通过液晶空间光调制器反射调制NdYVO4光源的方法产生涡旋光源，并由随机并行梯度下降算法优化涡旋光源相位分布，开展了中继镜系统上行链路光束传输缩比实验研究。实验结果表明，通过采用涡旋光源和相位优化，中继镜系统上行链路能量效率得到了显著提高，由71.89％提升至91.59％。

光束上行传输能量耦合效率是中继镜系统的关键因素之一，通过利用随机并行梯度下降算法(SPGD)优化出射光束的相位分布实现接收光场的光束整形，提高系统的能量耦合效率。建立了双望远镜系统模型并计算了0.1～0.5 m双望远镜系统垂直传输10 km和30 km的结果。结果表明，通过整形，中继镜系统的上行传输能量耦合效率得到了有效的提高。

在相同的抽运功率下，激光器工作在高阶模式时比基模高斯工作时有更高的功率输出，将其用于相干合成有望得到更高的功率输出。由于高阶高斯光束内部存在0-π相位差，使得其光束质量较差，相干合成激光亮度也因而受限。提出基于波前补偿的高阶高斯光束相干合成方案，利用光束净化将高阶高斯光束内部0-π相位进行补偿，然后将补偿后的光束用于相干合成。给出了优化式自适应光学光束净化补偿高阶高斯光束内部波前的仿真和实验结果，数值模拟了厄米高斯光束波前补偿前后相干合成的效果。结果表明，波前补偿后相干合成的1倍衍射极限内的桶中功率较波前补偿前相干合成桶中功率提高1个量级甚至2~3个量级。

采用自行设计的基于大规模可编程门阵列(FPGA)结构的控制电路, 实现了4路光纤激光的多抖动法相干合成。对大气湍流和机械振动引起的相位噪声进行了有效补偿, 使远场光斑条纹对比度由开环时的0.21提高到了闭环时的0.93, 闭环时远场特定孔径内的能量较开环时提高了3.3倍。该方法还对人为抖动光纤引起的较高频率噪声具有很好的抑制作用, 系统闭环后, 远场光斑条纹对比度可达到0.72。