窄线宽半导体激光器由于其高单色性、低频率噪声、高可调谐性等优点, 广泛应用于高速相干光通信、分布式传感、激光雷达等领域。随着高品质因子（Q）光学谐振腔、硅光异构集成芯片等技术的发展, 窄线宽半导体激光器近十年经历了革命式发展, 线宽压缩至千赫兹（kHz）量级, 甚至到亚千赫兹量级。文章阐述了千赫兹量级窄线宽半导体激光器的最新进展, 针对不同压缩线宽机制的窄线宽激光器进行了分类介绍, 深入讨论了优化耦合系数、减少外腔损耗等对窄线宽激光器性能的影响, 并针对未来应用需求展望了千赫兹量级窄线宽激光器在进一步压缩线宽、提升输出光功率方面的发展方向。

分析了上海天文台皮秒激光器系统在不同重复频率下的输出功率、输出波形等性能,实现了重复频率为4 kHz、功率为3 W、波长为532 nm的激光稳定输出。建立了4 kHz重复频率卫星激光测距系统,实现了4 kHz重复频率卫星测距,其测量数据量和标准点数据精度比1 kHz重复频率的分别提高了约2.62倍和1.62倍,提升了卫星观测性能。采用Lomb算法获得了Ajisai卫星自转频率(平均值为0.4234 Hz)以及自转频率准确度(0.0054 Hz),与1 kHz激光观测系统相比,4 kHz重复频率卫星激光测距系统的卫星自转测定精度显著提升。

报道了一种由波长锁定878.6 nm LD双端抽运Nd:YVO4声光调Q激光器, 重复频率在500 kHz时具有稳定的1 064 nm脉冲激光输出。在重频为100 kHz, 晶体吸收功率58 W时, 获得18.2 W的1 064 nm激光输出, 光-光转换效率为31.3%, 脉宽为15.2 ns; 在重频为500 kHz、晶体吸收功率58 W时, 获得26.1 W的1 064 nm激光输出, 光-光转换效率为45%, 脉宽为44.2 ns, 重频在100~500 kHz下具有稳定的脉冲输出, 光束质量较传统模式下有明显提高, 并且转换效率也有提升。实验表明: 利用波长锁定878.6 nm激光二极管直接泵浦的方式, 有利于降低晶体热效应、提高光束质量, 提高光-光转换效率, 获得窄脉宽的脉冲激光输出,并且在一定的温度变化范围内具有极好的温度稳定性。

针对多像素光子计数器(MPPC)各像素雪崩电流并联输出、存在光子间隔过小导致脉冲变形而无法分辨光子时刻的问题，结合光子分布与输出脉冲波形，通过数学反卷积，获得了激光测距接收端各探测光子分立时刻的解析解，从而实现了观测量倍增，有助于有效信号的分辨及提取。该方法将单脉冲响应函数近似为高斯形式，分析了MPPC 时间抖动的影响，研究了在时间抖动为50~250 ps 范围内，从三个入射光子输出的变形脉冲中解算出的分立时刻，得到分立时刻随光子间隔的统计分布图和峰谷分辨度随光子时间间隔、MPPC 时间抖动的变化关系。并验证了在1 s观测时间内，千赫兹激光测距系统经反卷积解算前后观测量对比效果。分析结果表明，当统计分布中峰谷分辨度大于10时，各光子分立时刻可以有效分辨，该方法的时间分辨力达到0.2~0.7 ns。

报道了一种具有高脉冲稳定性的100 kHz皮秒脉冲再生放大装置。该放大装置采用激光二极管(LD)端面抽运的Nd:YVO4晶体作为增益介质，RTP晶体作为电光晶体。再生腔的腔型为对称W型，总长1.8 m。分析了皮秒脉冲在再生放大腔中往返次数和再生腔损耗对放大脉冲倍周期分叉现象以及稳定放大时输出功率的影响。抽运功率为30 W时，通过选取最优的往返次数获得了功率为5.3 W的高脉冲稳定性的再生输出，脉冲稳定性均方根(RMS)值小于2%。放大后皮秒脉冲脉宽为13.78 ps，脉冲峰值功率3.84 MW，再生腔输出的光束质量因子M2≤1.5。

千赫兹(kHz)激光测距是增加卫星激光测距观测数据和提高标准点精度的有效措施之一。分析研究了基于共光路的kHz激光测距系统的实现原理和方法，包括光路、电路和计算机控制等。给出了使用旋转快门实现共光路kHz激光测距的新思路，开发1.2 m望远镜共光路kHz激光测距系统。该系统已用于常规观测，实际观测结果表明，系统性能较好且工作稳定，地靶测距精度约为5 mm，卫星测距精度优于2.0 cm。

高重复频率激光器是kHz卫星激光测距系统的重要组成部分, 提高激光发射频率可以有效地获得更多的观测数据, 这是当今卫星激光测距领域的发展方向。针对武汉卫星观测站进行的kHz激光测距实验, 介绍了kHz激光器的工作过程和原理, 分析了影响高重复频率回波探测的因素。实验结果表明: 对实验过程中所观测到的中低轨卫星, 观测数据量提高了1～2个数量级, 观测精度也有所提高。