为了满足基于泰伯-莫尔条纹长焦距测量技术在测量激光材料热效应等效热焦距时对测量速度的需求，提出了一种莫尔条纹倾角快速求解算法。在对传统频域迭代法测量速度影响因素分析基础上，基于迭代运算坐标值相似性和离散傅里叶变换可分离性，将频谱值求解过程中包含小数值的坐标点进行公共项分离,公共部分采用傅里叶变换指数项进行滤波，不同部分在提取相似项的基础上进行组合运算，将2维条纹图像傅里叶变换降为1维进行处理；同时相关指数项被限定在极小的可知范围，极大地方便了查表运算和位运算的采用。结果表明，采用相同配置计算机，在保证测量精度的前提下，将完成一次测量的测量时间从15s降低到0.4s，测量速度提高了38倍。该算法很好地满足了激光材料热效应等效热焦距参量快速测量的应用需求。

为了精确测量激光晶体的动态热焦距, 提出了一种指示光偏振变换测量方法。基于几何光学成像理论, 建立了热透镜动态热焦距的表达式。将准直的指示光往返两次通过具有热透镜效应的激光晶体, 利用偏振变换的方法使测量光束有效的从光路中分离出来, 采用CCD相机对被测光束进行探测。搭建了激光晶体的动态热焦距的实验测量装置, 分别测量了端面泵浦和侧面泵浦两种工作状态激光晶体的动态热焦距, 最后分析了实验测量的误差。结果表明: 利用指示光偏振变换法测量激光晶体的热焦距, 测量误差仅为0.8 mm, 能够满足激光器谐振腔设计要求。

分析了激光晶体热效应的影响因素, 利用热传导方程推导出激光晶体由于内部温度分布不均匀造成的端面热形变与晶体表面积的关系.针对普通圆棒晶体和螺纹棒晶体, 分别计算了它们的热形变和热焦距, 结果表明螺纹棒晶体可有效地改善激光晶体的热效应.

根据热传导方程,对侧面泵浦复合薄片新结构的热效应进行了分析,求解出侧面泵浦薄片晶体内的温度、应力以及等效热焦距,模拟分析了晶体厚度,边界条件等对晶体热效应的影响。对比分析了同等条件下非复合晶体和复合晶体的温度、应力及热焦距。计算和数值模拟表明:同等条件下复合后晶体中心到边缘的温差、应力和非复合时相比减少了近25％,等效热焦距增大到非复合时的2倍左右,为进一步优化激光器设计,补偿热效应提供了依据,为提高激光输出的稳定性奠定了理论基础。

多热焦距激光谐振腔与单热焦距谐振腔相比, 具有结构灵活、热管理简便等优点, 然而其热稳定性受到激光头分布等因素影响, 需要优化设计以实现多热焦距激光谐振腔高功率稳定输出。理论分析了激光头分布对多热焦距激光谐振腔热稳定性的影响, 对比了单热焦距双棒谐振腔、双热焦距3棒对称谐振腔和双热焦距3棒非对称谐振腔的热稳定性。根据理论分析, 采用不同热焦距的激光头构成双热焦距3棒串接对称热近非稳腔, 通过优化设计, 当抽运功率为3480 W时, 该连续波1064 nm Nd∶YAG激光系统获得稳定输出, 最高输出功率达1125 W, 光-光转换效率达32%, 光束质量约15 mm·mrad。

分析了当侧面绝热不彻底时所带来的侧向温度梯度对板条光程畸变造成的影响,提出采用吸收材料吸收板条的自发辐射,控制吸收材料的温升使之与板条中心的平均温度相同的方法来实现板条侧面绝热,并给出了"隔热层+吸收层+铜热沉"的绝热结构的设计方法.板条热透镜效应实验结果表明,在500Hz重复频率下,未装绝热结构的板条热焦距为0.78m,而装有绝热结构的板条的热焦距为1.93m,热聚焦大为改善.