为了提高半导体检测用深紫外激光器的检测效率，需要搭建高功率、高重频257 nm深紫外皮秒激光器实验平台。本文以光子晶体光纤放大器和腔外四倍频结构为基础，进行了257 nm深紫外激光器的实验研究。种子源采用中心波长为1030 nm、脉冲宽度为50 ps的光纤激光器，输出功率为20 mW，重复频率为19.8 MHz。通过两级掺镱双包层（65 μm/275 μm）光子晶体光纤棒放大结构，获得了1030 nm高功率基频光。利用二倍频晶体LBO、四倍频晶体BBO，采用腔外倍频方式获得了257 nm深紫外激光。种子源通过两级光子晶体光纤放大器输出的1030 nm基频光，输出功率为86 W，经过激光聚焦系统后，倍频得到二次谐波515 nm激光输出功率为47.5 W，四次谐波257 nm深紫外激光输出功率为5.2 W，四次谐波转换效率为6.05%。实验结果表明，该结构可获得高功率257 nm深紫外激光输出，为提高半导体检测用激光器的检测效率提供了新思路。

深圳中能高重频X射线自由电子激光（S³FEL）将建设成为全球唯一软X射线波段的高重频自由电子激光。废束桶是S³FEL装置的重要设备，在系统调束中发挥着重要作用。废束桶束窗是废束桶的重要组成部件，用于隔离和保护加速器超高真空环境。本文对几种常用的废束桶束窗材料进行了对比分析，最终选择铍作为束窗的材料，并依此设计了一种带有水冷结构的束窗。通过蒙特卡罗方法计算得到不同厚度束窗的沉积功率，采用有限元分析方法对不同厚度的束窗进行热结构计算与分析，得到厚度为1.6 mm的水冷铍窗效果最佳，其最大温度为121.6 ℃，低真空为1 Pa时的最大应力与中心变形分别为198.7 MPa和0.00082 mm，低真空为101325 Pa时的最大应力与中心变形分别为204.2 MPa和0.097 mm，结果均满足使用要求。此研究为S³FEL的废束桶束窗设计提供了重要的理论依据。

研究了基于高重频1064 nm激光泵浦的3.8 μm周期性极化铌酸锂(periodically poled LiNbO₃, PPLN)光参量振荡器(optical parametric oscillator, OPO)。采用Nd :YVO₄声光调Q激光器，获得了光束质量良好，重复频率25~35 kHz，最大平均输出功率6.1 W，脉冲宽度59.1 ns的1064 nm基频激光。模拟分析了在1064 nm激光泵浦下，极化周期Λ=29.5 μm MgO:PPLN晶体的温度调谐特性。通过实验，在25~200 ℃的温度范围内，获得了3599.6~3845.5 nm连续变化的中红外激光。当PPLN晶体温度为30 ℃，基频光功率为6.1 W时，得到了最大输出功率0.45 W ，重复频率为35 kHz的3845.5 nm中红外光输出。

就距离选通技术对阴极选通信号要求重复频率高、边沿速度快、脉冲宽度小，提出了一种利用分阶段、多级加速工作的阴极高重频选通电路。通过将RC电路与高速门电路组合构成的时间偏置电路单元相互级联产生不同时序的逻辑脉冲，分别控制中间级驱动金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)产生3个阶段性的驱动信号，中间级驱动的输出作为输出级MOSFET的栅极输入，控制其通断过程的加速与保持。利用软件仿真以及板级测试的方式进行了验证，试验结果表明，提出的选通电路可将输出脉冲的边沿时间由μs级提升至2 ns，可提供+50 V/?200 V的阴极关闭/开启电压，实现0～350 kHz的重复频率，0～100%的占空比，3.7 ns的最小脉冲宽度，脉冲输出延时时间抖动在0.1 ns左右。对于提升高速高压选通电源的最小脉冲宽度性能、最高工作重复频率以及降低器件功率损耗具有重要的指导意义。

高重复频率光纤激光器因其光斑质量好、集成化程度高、光光转化率高等优势在光学频率梳、工业加工、超高速光学采样等领域有着举足轻重的作用。利用非线性偏振旋转（NPR）的锁模机理，设计并搭建了一款基础重复频率为163 MHz的“十字腔”型孤子锁模光纤飞秒激光器。该激光器锁模后在450 mW的泵浦功率下可以输出200 mW的最大功率，光谱半高宽为30 nm，输出脉宽为786 fs。通过进一步分析激光器泵浦功率与输出功率之间的关系，得到泵浦功率处于400～500 mW时，激光器处于最佳锁模状态，并且可以实现自启动锁模。所设计的激光器由于其更加紧密的光学频率梳齿、更好的成像质量和更快的成像速度，在精密光谱、天文探测等领域具有应用意义。

常规高功率激光器以连续或者长脉冲方式工作，与物质作用主要是依靠单一“加热”模式，针对其对复杂目标作用能力有限的问题， 提出一种连续和脉冲激光同时输出，脉宽、重频可调的新体制高功率激光技术，激光放大链路以特殊时域模式工作，即高重频脉冲与连续运转同时输出，在重频10 kHz时，实现输出功率4800 W，其中连续激光功率3600 W，脉冲激光功率1200 W，脉冲宽度为3.6 ns；在重频100 kHz时，实现输出功率4920 W，其中连续激光功率3100 W，脉冲激光功率1820 W，脉冲宽度为7 ns，光束质量4.8倍衍射极限 。