获得13.5 nm极紫外光刻光源的主流方案为激光激发等离子体，即利用高功率、高重复频率、高光束质量的短脉冲CO₂激光与液滴锡靶作用产生极紫外光。高功率CO₂激光由振荡器产生的高重复频率CO₂种子经多级放大产生，所以功率放大器是驱动光源系统的核心器件之一。建立了射频激励快轴流CO₂激光放大器的六温度模型，可以模拟计算放大过程中稳态与瞬态的能量分布情况、光强变化情况、增益系数等。以此模型为适应度函数，采用遗传算法对自研射频激励快轴流CO₂激光放大器的腔压和CO₂、N₂、He气体体积比进行全局优化，优化结果为80 mbar（1 bar=100 kPa）和V（CO₂）∶V（N₂）∶V（He）=12.2%∶15.3%∶72.5%。在波长10.6 μm种子光注入功率110 W的情况下，放大器的激光输出功率从2504 W 提高到3422 W，验证了该方法的可行性和有效性。

利用描述CO₂激光器动力学过程的六温度模型理论,建立了计算调Q CO₂激光功率放大器输出特性的数学模型,进行了理论分析和数值计算,并讨论了分光比等参数对输出脉冲特性、输出光谱的影响。结果表明:该调Q CO₂激光功率放大器存在临界增益长度和临界光强分束比,低于临界值时无法获得激光输出;该调Q CO₂激光功率放大器的输出激光脉冲波形、峰值功率、脉冲宽度、输出光谱与光强分束比、抽运电子数密度等参数有关,光强分束比越小,输出的调Q激光脉冲宽度越大,峰值功率越低;该调Q CO₂激光功率放大器利用Q调制的高增益特性,通过控制调Q元件所在的低功率支路可以实现高平均功率的调Q脉冲CO₂激光输出,很好地解决了调Q CO₂激光功率放大器难以高功率运转的问题。

为了研究气体配比、抽运电子密度、腔长对脉冲横向激励大气压CO2激光器输出功率的影响, 采用了六温度模型的方法, 对工作气体中不同分子振动模式间的能量转移和激光输出功率进行了理论分析和模拟。当CO2,N2,He的体积比由4∶30∶65上升到6∶30∶65时, 脉冲功率增加, 输出延迟时间变短; 当CO2,N2,He的体积比由5∶15∶65上升到5∶35∶65时, 脉冲功率按先增加后减小的趋势变化, 在N2比例约为25时达到最大; 当CO2,N2,He的体积比为5∶30∶65、最大抽运电子密度由4×1012/cm3增加到6×1012/cm3、腔长由2m增加到4m时, 脉冲功率都会逐渐增加; 脉冲功率越大时, 输出延迟时间越短, 但有更长的拖尾现象。结果表明, 气体配比、抽运电子密度、腔长对脉冲输出功率有影响, 该研究为设计和优化激光器提供了参考。

利用六温度模型理论对声光调Q CO2激光器的动力学过程进行了理论分析，并与速率方程理论计算的结果进行了比较，证明这两种理论在激光输出性能方面的计算结果基本一致。六温度模型理论模拟的脉冲激光波形有明显的拖尾，与实验结果更相符，且更全面地解释了激光器工作气体中不同分子能级间的能量转移过程。利用六温度模型模拟了输出功率作为输出镜透射率的函数曲线，得到了最佳输出镜透射率参数，其结果与实验相符。实验表明，输出窗口的透射率对激光输出性能影响明显，可通过优化输出镜透射率来改善激光器的输出性能。实验中获得的激光脉冲宽度为160 ns，峰值功率为4750 W。

在实验室前期工作的基础上,应用CO2激光器动力学的六温度模型进一步对于Q开关CO2激光器动力学过程进行分析,计算了气体平均温度和激光器等效腔长的变化导致的激光工作谱线频率偏离增益曲线中心对调Q激光脉冲峰值功率、脉冲建立时间和脉冲宽度的影响.目的是为了能够使电光调Q射光器波导CO2激光器应用于外场环境工作打下基础.

基于六温度模型速率方程理论,建立了系统计算光栅调谐TEA CO2激光器动力学特性的理论模型。利用该模型举例计算了光栅调谐TEA CO2激光器的各种输出特性。计算中,激光器的增益体积为0.9 L,闪耀光栅的光栅常数为120 line/mm,闪耀角为30°,激光混合气体气压为61??3 kPa,温度为300 K,采用光栅零级作为耦合输出。计算给出了如下结果

给出了描述可调谐TE(A)CO2激光器动力学过程的六温度模型速率方程组,可以用于计算可调谐TE(A)CO2激光器的各种输出特性,并给出了计算例子.