非稳腔拥有较大的模体积, 良好的光束特性, 因而在板条激光器中应用广泛。一般而言, 板条激光器均采用的是共焦非稳腔结构, 对非共焦腔结构研究较少。采用Rigrod分析法对非共焦非稳腔的功率提取效率进行分析, 研究了腔长增加或者减小时, 非共焦腔的光束特性, 失调特性以及功率提取效率的变化。结果表明, 腔长减小时, 非共焦腔相比共焦腔, 功率提取效率整体呈下降趋势; 而当腔长增加150~210 mm时, 非共焦腔的功率提取效率提升11%左右, 抗失调特性相比共焦腔结构也提升10%以上。

激光器的谐振腔在实际装配过程及运行过程中很难保证完全调准, 因此研究谐振腔的稳定性十分必要。采用“Rigord分析法”分析了抛物面镜离轴非稳腔和球面镜腔角度失调时功率提取效率的变化, 对腔长改变时两种谐振腔的输出特性进行了讨论, 同时研究了腔镜曲率半径增大的抛物面镜离轴非稳腔的稳定性。结果表明, 当失调角度在±6 mrad变化时, 抛物面镜腔的功率提取效率比球面镜腔高5.6%; 当谐振腔腔长的变化值在―1～1 mm的范围内时, 抛物面镜离轴非稳腔的功率提取效率比球面镜腔高3.5%; 当谐振腔腔镜曲率半径增加2 mm时, 抛物面镜腔的功率提取效率增加, 且抗失调特性更好。

非稳腔由于其良好的模式鉴别特性,且可获得接近衍射极限的输出束,因此在板条激光器及放大器中广泛应用。但非稳腔有多种不同结构,不同类型谐振腔的输出光束特性各不相同,因此对不同结构非稳腔特进行研究具有重大意义。采用Fox-Li迭代算法,数值模拟了对称正支和负支共焦腔,对称非稳腔和离轴非稳腔的输出特性,对不同结构谐振腔的稳定性进行了分析。研究结果表明,离轴非稳共焦腔输出光束远场分布能量更集中,且输出光束的M2因子仅为对称腔的1/5; 而离轴负支共焦腔的抗失调特性优于离轴正支腔。

为实现对离轴三反系统快速、有效的装调, 提出了一种离轴三反系统计算机辅助装调(CAA)方法。该方法在理论分析失调后离轴三反系统像差特性的基础上, 结合CAA技术及光学装调的实际情况, 选择出最少且最合理的调整量; 根据检测数据及CAA数学模型直接计算出调整量的大小及方向。采用该方法对一离轴三反系统进行实际装调, 将调整量从11个减少到7个, 利用波前传感器被动式检测方法对离轴三反系统0及±1视场像质进行检测, 通过一次计算调整快速使该系统全视场波像差从RMS≤0.32λ减少至RMS≤0.067λ(λ＝632.8 nm), 结果表明该装调方法简单、有效。

2 kW射频板条CO2激光器光束整形系统中空间滤波器具有消除旁瓣、提升光束质量的作用，研究其失调对输出光束的影响具有现实意义。通过理论和实验研究了空间滤波器失调对光强分布的影响，理论分析与实验结果基本一致。数值模拟了失调对输出功率的影响。结果表明，空间滤波器非稳方向横向位移失调对输出功率的影响不是线性的，输出功率损耗随着横向位移的增加急剧增大；对整形光束光强分布的影响很大，失调量大于0.2 mm时就会使整形光束非稳方向出现明显的旁瓣。空间滤波器轴向位移失调对功率影响较小，但对光斑形状有比较明显的影响，失调量达到10 mm时，整形光束两个方向的直径差可达3 mm。空间滤波器旋转失调角度在10°以下时，对整形光束非稳方向光束的影响可以忽略，主要影响波导方向光束，旋转失调会使模式变差。旋转失调对功率也有较大的影响，失调角度为10°时，功率损耗增加到25%。

在理论分析基础上,采用Hartmann-Shack(H-S)波前传感器方法实验分析了无源正支共焦非稳腔失调后输出光束像差特性.结果表明,腔内倾斜像差对光束强度分布有显著的影响,约1′的腔内倾斜即可使强度分布呈现明显不均匀,并使相位中的倾斜像差Zernike系数增大.但小的腔内倾斜像差不会使波面中的高阶像差发生明显变化,当引入较大的腔内倾斜时相位中的离焦、像散等高阶像差则有所增大.大菲涅耳数,且腔长较长的非稳腔对于离焦像差有一定的容限度.因此,在进行腔内像差自适应校正时,应首先考虑腔内倾斜像差的校正.