使用非球面透镜对高斯光束整形的方法已经非常成熟，可以根据入射光参数设计出特定的非球面整形镜。但在使用入射光束束腰以3 mm设计的非球面整形镜时发现，非球面整形镜不只适用于设计时的入射参数，在入射光束直径和发散角不同时，整形镜后均会有一个平顶分布最佳的整形位置，该位置随着入射光束直径的增大而远离整形镜，随着发散角的增大而靠近整形镜。为了探究最佳整形位置上整形结果的差异，利用控制变量法进行实验，发现入射光束直径和发散角对该位置上平顶分布的平坦因子没有明显变化，但是光束均匀性和边缘陡度会有最佳值，存在最佳入射参数。为了得到最佳整形位置与入射光束直径和发散角的关系，利用响应曲面法成功建立数学模型，当已知某入射位置处的光束直径和发散角时，可以快速得到最佳整形位置。

研究了非均匀泵浦状态下径向偏振光束的退偏机理及补偿方法。理论分析表明，非均匀泵浦条件下各向同性晶体横截面内由热致剪应力引起的剪切向热致双折射是导致径向偏振光退偏的主要原因。设计实验依次采用薄膜偏振片（TFP）测量法和纯度测量法评价了径向偏振光在非均匀泵浦条件下的退偏，其中TFP测量法用于检测径向偏振光的整体退偏，纯度测量法用于检测径向偏振光的局部退偏。在泵浦峰值功率1.1 kW下，两种评价方法测得的退偏量分别为2.34%和2.53%。基于理论分析和评价方法的结果，在退偏补偿方案的设计中采用相位调制与空间模式匹配相结合的方法，将径向偏振光的退偏量优化了59%，并获得脉冲能量为19.36 mJ，纯度为90.13%的皮秒径向偏振光，光束质量因子M²为3.8。

报道了多脉冲机制泵浦KGW晶体的皮秒红外多波长拉曼激光器。建立数学模型研究了多脉冲泵浦机制对拉曼活性分子振动模式的影响，模拟结果显示了拉曼活性分子对多脉冲泵浦机制的响应相比于传统的单脉冲泵浦机制更加活跃与持久，从而促进衰减的分子振荡多次回到本征振动频率。多脉冲的增强效果有利于改善拉曼增益，降低拉曼阈值，提高拉曼转换效率。设计了皮秒多脉冲泵浦KGW拉曼晶体实验，结果表明，三脉冲泵浦机制将拉曼增益改善了2倍以上，拉曼阈值降低了50%以上，768 cm^–1和901 cm^–1拉曼模式的转换效率分别提高了16%和22%以上。基于三脉冲泵浦机制，设计了1 kHz毫焦级皮秒多脉冲泵浦KGW晶体红外多波长拉曼激光器，对于768 cm^–1和901 cm^–1两个振动模式，获得脉冲能量分别为1.39 mJ和1.38 mJ，最大拉曼转换效率分别为29.6%和25.7%。此外，对于两种拉曼模式，此拉曼激光器都可以同时输出多达8条红外拉曼光谱，涵盖范围800~1 700 nm。

高功率全固态亚纳秒激光器具有体积小、成本低、线宽窄、峰值功率高等优势，在诸多领域具有重要的应用价值。为获得高功率亚纳秒激光输出，首先通过被动调Q激光器得到亚纳秒种子激光，然后利用LD侧泵模块，采用双模块双通放大的实验设计，在重复频率为1 kHz时，获得了平均功率达10 W，脉冲宽度816 ps，线宽39 pm，光束质量M²小于1.8的激光输出，放大器整体放大倍率达95倍以上。