针对高功率大口径Nd∶YAG板条放大器自发辐射放大(ASE)的问题,基于几何光学光线追迹手段,提出了一种简化的ASE三维计算模型,修正了荧光侧面的漫反射情况以及受激发射截面温度效应引入的计算误差。通过数值仿真确定了大口径板条(尺寸为150.2 mm×40.0 mm×2.5 mm)各个表面上的荧光反射对ASE效应的贡献权重,计算了不同泵浦功率下小信号的增益情况。通过板条放大实验分析了ASE效应对板条放大性能的影响,并与模拟结果进行对比,验证了计算模型的有效性。

将基于周期性温度激励的主动控制技术引入“混合型气动CO2激光器(MGDL)”研究, 通过数值计算深入研究了周期性温度激励对MGDL主/副气流混合特性及小信号增益系数的影响。研究结果表明: 与未施加周期性温度激励的情形相比, 在MGDL副喷管出口位置施加特定幅值及特定频率的周期性温度激励后, 可以显著增强主/副气流的混合效果并大幅提高混合喷管中的小信号增益系数。激励幅值和激励频率对主/副气流混合特性及小信号增益系数有重要影响: 随着激励幅值的增加, 小信号增益系数先增大后减小; 在混合喷管下游区域, 文中所选的六种激励频率条件下获得的小信号增益系数均高于未施加周期性温度激励时的情形; 随着激励频率的增加, 主/副气流的混合效果越来越好, 但当激励频率增加到一定值后, 主/副气流的混合效果不再发生变化。

利用边缘光线原理设计了基于非成像反射腔的棒状放大器，采用相同氙灯放电参数和钕玻璃棒尺寸，数值模拟了成像和非成像两种不同反射腔作用下放大器钕玻璃棒的储能密度，并实验研究了小信号增益系数，模拟和实验结果吻合度较高。非成像反射腔具有特殊光学结构，能够反射全部抽运光至钕玻璃棒表面，从而提升光电转换效率，减少废热产生，提高抽运效率和放大器增益性能，使放大器更加高效、经济。

分析了Nd∶YAG板条中产生强烈放大自发辐射(ASE)的原因,开展了抑制高增益激光板条中ASE的理论和实验研究。抽运光占空比为8%,峰值抽运功率为21.38 kW,波长为1064 nm连续探测光的注入光强为4 W/cm ²,在Nd∶YAG板条上、下表面镀制普通倏逝膜和多层复合膜时探测光功率的放大倍率分别为1.82和1.92,Nd∶YAG板条总储能增大了4.6%。实验结果表明:通过对Nd∶YAG板条上、下表面镀制多层复合膜,可在一定程度上抑制板条内的ASE效应,增大激光板条的总储能。

Amplified spontaneous emission (ASE) causes the decrease of the inverted population density and the nonuniformity of gain in slab amplifier for high power laser systems. In this paper, a three dimension model, based on the data in SG-II, in which the residual reflection in the cladding and the ASE process are taken into consideration, is built to analyze the space distribution and time evolution of small signal gain coefficient using Monte Carlo algorithm and ray tracing. This model has been verified by comparing with the experimental data. The traverse size of slab is 68.2cm×36.3cm, which is usually decided by the clear aperture and the manufacture. By means of the model, the impact of thickness, residual reflectivity and the stimulated cross section of neodymium glass to the ASE are analyzed in detail.

利用角谱传播理论和薄层增益近似的方法, 针对不同小信号增益系数的增益介质, 在MATLAB平台上计算了正支虚共焦非稳腔的光场模式, 分别得到了高斯型、沿x方向高斯型、沿x方向偏光轴高斯型的光场的相位分布和振幅分布。计算结果表明, 增益介质的小信号增益系数的分布对光场的强度分布有决定性的影响。

分析和计算了互作用区折叠波导截面长宽比(b/a)、直边高度和电子束通道大小等结构参数对太赫兹波段折叠波导行波管工作性能的影响。结果表明：互作用区衰减常数随b/a的增大而减小,耦合阻抗和小信号增益则随b/a的增大先增加而后减小,存在最优值。电子束通道越大,衰减常数越大,耦合阻抗和小信号增益降低得越多。相对于电子束通道,增益和损耗对直边高度的敏感程度显著降低。因此为了提高器件功率容量,可适当增加折叠波导的高度；在保证电子束能够顺利传输的前提下,电子束通道越小越好。在折叠波导行波管的实际研制中,可依据具体的实验条件和要求,在适当的范围内合理选取互作用区各结构参数的值。

为了研究低温条件下Yb:YAG放大器的增益和热特性，搭建了一套液氮冷却的低温放大器，开展了实验研究。测量了不同泵浦强度下的小信号增益以及低温和常温下的介质热致波前畸变。结果表明:低温条件下，可以用更少的泵浦能量得到高于常温的增益;常温下泵浦电流200 A、脉冲宽度1200 μs的小信号增益为1.59;低温下泵浦电流200 A、脉冲宽度400 μs的小信号增益为1.82，光光效率显著提高。自发辐射放大(ASE)问题在低温下更加显著，采用短脉冲泵浦有利于降低ASE的影响。低温的热管理效果较常温有显著提高，可以在更高的平均功率下运行。

给出了太赫兹波段折叠波导行波管中考虑管壁欧姆损耗的带电子束扰动的色散方程。求解该方程可以得到器件中小信号增益的值。通过编制Matlab程序, 分析计算了不同工作点、不同折叠波导结构参数和不同工作频段时小信号增益的变化特性。计算结果表明: 适当选取工作点和结构参数, 可以获得最佳增益值; 考虑损耗后, 除了前向增长的辐射场外, 还会出现反向传输的静态波; 随着工作频段向高频方向延伸, 前向波的增益显著降低, 而反向波强度则增大。因此, 工作频率提高时, 为了达到一定大小的增益, 需要的折叠波导的周期数也相应增加。