利用波长可调谐光学参量振荡器(OPO)测量了液氧在1580 nm波长附近的小信号增益，在1579.9 nm波长处获得了0.12 cm-1的小信号增益，并获得了从1579.2 nm至1580.8 nm的小信号增益分布情况。 正增益的获得表明液氧在小信号增益层面上满足作为一种高能激光工作介质的要求。还需要对实验条件进行全面的参数优化，以尽可能提高小信号增益。

在激光器中，通常泵浦光呈不均匀分布，由此引起介质的增益也相应地出现不均匀分布，导致振荡光通过增益区时其分布发生变化。提出一种计算不均匀的泵浦光分布对于激光器内振荡光模式的影响程度，可以近似获得振荡光对原来场分布偏离的百分比的方法。在此基础上，对准连续运转的三向侧面泵浦激光器进行研究，分析不均匀泵浦光分布对振荡光场影响的规律。结果表明: 当泵浦功率增加或谐振腔内损耗增加时，振荡光通过增益区时对原来分布的偏离程度也同时增加，呈单调变化关系; 泵浦光不均匀分布对振荡光场的影响，与其沿振荡光轴向上的分布无关，仅仅取决于其在与振荡光垂直方向上的不均匀分布程度。通过计算还获得了此类效应的数量级，在2 000 W泵浦功率条件下，这种影响仅使振荡光偏离理想分布不到4%，而泵浦功率达到6 000 W时这种偏离则高达20%以上。

以氮为稀释剂的电激励连续波HF/DF化学激光器可以使用低温吸附泵代替传统的机械真空泵和洗消装置，大幅度降低激光器的系统体积和重量。使用小信号增益测量系统对某超音速氮稀释电激励连续波HF化学激光器的增益分布进行了测量。得到了在4种不同激光功率下P1(4),P1(6),P2(4)～P2(6)谱线的增益系数分布曲线。测得P2(4)为最强增益谱线，最大值为0.1 cm-1；最强增益位置与最佳光轴位置相符；超音速气流使增益区延伸达2.5 cm。

均匀抽运及均匀冷却是激光二极管抽运激光器减小热致光学畸变以实现高光束质量输出的核心技术难题。通过开展键合薄片激光均匀抽运及均匀冷却技术的研究，采用透镜压缩结合波导匀化的设计思想，实现了95%以上的抽运均匀性。同时通过对薄片介质冷却通道的优化设计，实现了优于96%的温度分布均匀性。原理验证实验结果表明薄片介质的波前畸变得到了有效控制，当平均抽运功率密度为230 W/cm2时，忽略离焦效应后介质的反射波前畸变均方根值约为0.35 μm。

利用波长可调制的1315 nm二极管激光增益测试系统,对基于HN3反应的D2-NF3-DCl燃烧驱动全气相碘激光进行了小信号增益测试,获得了3×10-5 cm-1的小信号增益,并获得了沿流动方向的小信号增益分布情况。正增益的获得,标志着D2-NF3-DCl燃烧驱动全气相碘激光取得了实质性的进展,但就目前的增益水平来讲,进行出光演示尚有一定的困难,需要针对小信号增益进行全面的参数优化,以获得尽可能大的增益信号,而HN3的大流量供给和超音速混合流场的优化是全气相碘激光获得较大增益的关键因素。

液体激光系统在抑制热畸变方面具有突出优势, 能实现长时间稳定的高能激光输出。在液体激光系统中, 常规双侧抽运的激光增益分布呈现边缘很强、中间较弱的特点, 难以获得单横模激光输出, 限制了光束质量。介绍了一种多增益段串接的液体激光系统, 其抽运方式介于侧面抽运和端面抽运之间, 然后对其增益分布和激光能量传输效率进行了数值模拟。数值模拟表明多增益段串接的液体激光系统能产生近似于高斯型增益分布, 激光光束质量很高; 同时该多增益段串接的液体激光系统的腔内传输损耗较小, 激光能量转换效率可达30%以上。

应用改进的3维化学反应流程序,对基于RADICL装置、以氮气为稀释气体的化学氧碘激光喷管流动做了数值模拟.给出了达到合适副气流穿深的主副气流匹配条件,考虑了提高水汽流量、改变主副气流总温对增益系数的影响,比较了与以氦气为稀释气体的不同特点.结果发现:氮气作为稀释气体条件下,混合气体的流速低,静压大,在亚声速区驻留时间长,碘分子离解快,使得增益系数峰值增大,且下降快.模拟结果提示:改变喷管结构,将副气流喷孔下移,增益分布得到了改善.

采用麦克斯韦方程和速率方程相结合的模型和时域有限差分法,利用引入的有效增益分布因子概念研究了光子晶体中本征模的阈值特性。增益介质的大小以及在光子晶体中的位置直接影响光子晶体带边激光器的输出特性；有效增益分布因子描述了光子晶体中增益介质的空间分布特性。结果显示,带边本征模的激射阈值依赖于有效增益分布因子。不同的本征模具有不同的有效增益分布因子,那些有效增益分布因子较大的模式具有较低的阈值。通过调整增益介质的位置和长度,可以提高有效增益分布因子的值,从而降低激光器的阈值,这对于实现激光器的低阈值运行有指导作用。

为了获得均匀化、平顶的高功率激光束,设计了一种以平面镜为输出镜、凹面镜为全反镜的新型谐振腔结构,由于凹面镜的周期摆动使得输出光束强度分布得到一个时间上的均匀化,得到近似的“平顶”高斯型。建立了理论模型,并对该整形方式进行理论分析与数值模拟。理论计算和实验结果都表明,采用这种新型的整形方式,CO2激光器输出光束光强的空间分布得到了明显的均匀化。此方法避免了传统高功率激光光束整形的弊端,提高了系统的可靠性,简化了结构设计。