阐述了温梯法生长大口径、高质量的掺钛蓝宝石晶体。生长的钛宝石在300～900 nm波段具有较好的光学吸收特性，通过测定晶体横截面不同位置处的吸收系数来表征掺杂浓度的均匀性。测定钛宝石在200～1100 nm波段的透射率，计算品质因素(FOM)值在240以上。钛宝石晶体的静态和单发放大的光斑质量较高、无畸变，其抽运激光的放大输出能量达到国际相同规格钛宝石的同等水平。

钛宝石单晶是重要的可调谐激光晶体材料，当前的研究重点在于获取大尺寸、高质量钛宝石晶体来满足高能激光发展的需求。采用先进泡生法(KY)生长技术，通过对生长工艺的优化控制，成功生长出了高质量的30 kg级钛宝石晶体，钛的掺杂离子数分数为0.2%。实验测试结果表明，晶体中钛离子浓度分布均匀，光学性能良好，晶体品质因素（FOM）值大于200。实验结果对于实现高质量、大尺寸钛宝石晶体的生长及其激光应用具有十分重要的意义。

用模式场匹配理论建立了散射矩阵,数值模拟并分析了加载损耗介质层对群聚腔Q值、谐振特性以及群聚腔两端漂移段半径的大小对谐振特性的影响.研究表明:加载损耗介质在高频率下使群聚腔主要寄生模式EH₂₁₂和EH₃₁₁得到极大的抑制,对工作模式H₀₁模更有利;衰减常数随损耗层厚度的增加而迅速增加,Q值随介质厚度的增加迅速减小,因此在设计腔体时必须严格控制损耗材料厚度.最后为正在研制的回旋速调管设计了满足要求的低Q群聚腔,该腔冷测实验结果与计算结果基本一致.

在束流轨迹方程基础上,建立了非层流无碰撞数值模拟模型,并在模型中考虑了束流空间电荷效应、发射度、能散、束心Corkscrew运动、束流横截面分布不均匀等诸多因素,编制数值模拟程序对强流相对论电子束经过磁透镜的轨迹进行了计算.计算结果表明:子束流层数一定时,焦斑直径波动在0.03mm范围内;随子束流划分层数的不同,计算所得焦斑直径的最大不确定度为±0.05mm,而焦距几乎不变化,其波动在0.08cm范围内;随子束流划分层数的增加,焦斑直径计算结果是收敛的,最终收敛值约为1.03mm.实验得到的焦距为23.2mm,焦斑直径1.3mm,实验结果表明焦距绝对误差在3.5 cm范围内,焦斑直径绝对误差在0.4mm范围内.

在分析计算高阶模色散特性的基础上,论述了利用高阶模大的负色散系数和色散斜率实现了对单模光纤补偿的可行性,着重研究了LP02模作为高阶模色散补偿的性能,结果表明,高阶模色散补偿技术是一种高品质因素的补偿方案.最后设计了基于LP02模的高阶模色散补偿方案,并详细描述了模式转换器的工作原理.