在空心导管泵浦耦合系统中, 测量了激光二极管叠阵中巴条的实际指向性, 并带入仿真建模中, 以便获得更准确、更优的模拟结果。与采用理想巴条指向性的模型模拟结果相比, 耦合系统的耦合效率降低了11.2%。同时, 带入实际指向性的模型模拟结果, 具有更大的能量传输损耗和调制更深的泵浦光场分布, 且该仿真模拟结果与实验结果相符。结果表明, 在空心导管耦合系统设计中, 带入实际巴条指向性模型是获得精确模拟结果的必要条件。

为了满足片状激光放大器对泵浦功率密度的要求, 设计并加工了高缩束比的耦合系统。根据LD的发光特性, 将输出功率为80 kW的LD阵列进行拟球面排列, 采用正交柱面透镜配合空心导光管进行泵浦耦合, 将发光面积为330 mm×85 mm的泵浦光, 在输出口处压缩至18 mm×18 mm的口径, 耦合系统的缩束比高达86∶1。模拟计算表明, 该耦合系统的耦合效率对导光管反射板的反射率依赖性较低。实验测量该耦合系统的效率为84.2%, 输出口处泵浦光场快慢轴的调制度分别为130和1.18, 且脱离耦合系统后的泵浦光传输8.5 mm后, 依然可以保持泵浦光场的轮廓。该耦合系统在效率、泵浦场均匀性、传输性等方面均满足端面泵浦的片状放大器对泵浦耦合系统的要求。

为了满足常温Yb: YAG激光放大器对泵浦功率密度的要求，设计了一种高缩束比的耦合系统。根据激光二极管(LD)的发光特性，将输出功率为80 kW的LD阵列进行拟球面排列，采用正交柱面透镜配合空心导光管进行泵浦耦合，耦合系统的面积缩束比高达86∶1。模拟计算表明，该耦合系统的耦合效率对导光管反射板的反射率依赖性较低，且脱离耦合系统后的泵浦光传输8.5 mm后，依然可以保持泵浦光场的轮廓,满足端面泵浦的常温Yb: YAG片状放大器对泵浦耦合系统的要求。

为了提高空心导管激光二极管(LD)抽运耦合系统的性能，采用理论分析和ZEMAX仿真模拟的方法研究了LD阵列封装误差对空心导管抽运耦合系统均匀性的影响。研究发现，当LD阵列中子光束经过空心导管后分割和叠加次数越多时,光束指向误差对空心导管的均匀性影响越小。在此基础上提出了空心导管LD抽运耦合系统的设计中对LD阵列光束准直的原则。结果表明，根据实际情况决定LD阵列中快慢轴方向准直后发散角的大小，以保证快慢轴方向的光束经过空心导管后能够有适当的反射和叠加次数，从而实现较高的耦合效率和抗LD阵列封装误差影响的能力。该研究可用于指导该类空心导管LD抽运耦合系统的设计。

利用光线追迹法为12 kW激光二极管(LD)阵列抽运的Yb∶YAG激光器设计了一套空心导管型耦合系统并开展了耦合实验, 以研究大功率LD阵列端面抽运结构的高效耦合技术及模拟设计方法。基于LD结构和发光特性, 以高斯型微激射元为基本单位建立单条LD和LD阵列光源模型, 设计了由透镜和镀银板构成的抽运光汇聚传输系统。实验结果表明, 该耦合系统实现了对抽运光的高效耦合, 且强度分布与模拟结果一致。该耦合系统传输损耗低, 反射板的反射率为94%时耦合效率达92.3%; 输出光束具有良好的传输性能, 有效抽运区域接近理论值, 且增益介质表面分布均匀, 满足实验要求。

根据光线追迹原理,研究用于端面抽运的大面阵激光二极管(LD)抽运源的耦合系统设计。结合当前大口径激光二极管阵列常用的空心导管型耦合系统,分别从耦合效率、抽运强度分布、抽运光传输等方面,讨论大口径激光二极管阵列耦合系统的一般设计准则,提出了将激光二极管阵列单元平面排布改为球面排布的办法。针对100 kW激光二极管阵列,将子阵列作球面排布后,仅用一空心导管来汇聚抽运光,这种设计获得了传输性能优良的大区域均匀分布的抽运场,抽运场起伏小于5%,抽运强度大于20 kW/cm2,耦合效率98%,有效抽运区域内效率达90%。