中文摘要：

高平均功率全固态激光在国民经济、前沿科学研究和国家安全等领域有重要应用。课题以建立高平均功率全固态激光创新性实验平台为牵引，开展原理方案、关键技术等方面的基础研究。研究激光工作物质及光学元件和膜层内的三维瞬态热力学特性，研究激光发射期间脉冲能量、光束质量等随时间变化的规律。寻求提高激光工作物质功率负载能力、有效热管理、减小及补偿光学畸变的有效途径。研究影响全固态激光器输出激光光束质量的主要因素和解决办法。课题将分析高平均功率全固态激光系统的工作特性，在解决激光工作物质热力学工作条件的优化设计、非热稳定激光谐振腔、高平均功率化等关键科学技术问题基础上，建立高平均功率全固态激光实验平台，验证提高平均输出功率、改善光束质量的理论、方法的有效性，优化系统总体设计，与第三课题一起演示平均输出功率P>10kW，光束质量因子β<6的全固态激光，达到国际先进水平，为进一步提高平均输出功率奠定坚实的基础。

结论摘要：

建立了含括非热稳定热力学模型、光学传输模型、能量转换模型及有源非稳腔模型的综合理论分析平台。该模型引入了激光材料温升过程，建立了激光介质动态热应力及热致光学畸变分析手段；综合考虑了自发辐射和非辐射跃迁以及温度升高对上能级粒子数的影响；将激光介质动态热效应等效为谐振腔动态损耗，创新性地将大模体积非稳腔参数与热致动态变化关联起来，可有效阐释非热稳定条件下非稳腔参数与激光功率、光束质量间的关系。 理论分析得到以下主要结论泵浦光非均匀加载引起的介质端面形变是造成激光光学畸变的主要原因；模拟泵浦强度下，粒子数波尔兹曼分布带来的影响不是造成输出功率随时间下降的主要因素；谐振腔长度变化对光束质量及光-光效率的影响不大，对于给定的增益，激光最佳效率和光束质量分别对应不同的非稳腔放大率。 根据P>10kW，Beta<6固体激光技术实验验证要求，完成50kW大功率DL泵浦源优化设计及装调；建立了基于波导均化的泵浦耦合模型，设计并完成泵浦耦合系统研制，泵浦均匀性达到94%；提出非稳腔内相位板补偿介质静态畸变提高光束质量的技术措施，并在国内首次开展实验验证，光束质量由补偿前的Beta=5.48提升到补偿后的Beta=3.19；建立非热稳定大模体积非稳腔固体激光技术验证平台，实现P=12.1kWBeta=5.35的技术指标。 提出了一种背面泵浦背面液体直接冷却的悬浮式复合薄片激光创新热管理方案，有效克服了焊接冷却薄片激光器难以实现均匀泵浦及薄片焊接应力形变控制的难题。建立了背泵浦、背冷的热分析理论模型，得到了复合薄片介质参数、冷却流场结构、流速等参数与薄片温度分布、形变的变化规律。利用直径60mm、厚度6mm的复合薄片开展了悬浮式薄片激光原理实验，国内首次实现单片1.9kW、光-光效率约33%的激光输出。 建立了非稳腔腔内主动自适应校正模型，对比分析了可能的校正方案，得出基于探测光的腔内主动校正方案最具可行性。通过非热稳定非稳腔内腔自适应校正模拟分析，给出了波前传感器与变形镜驱动器匹配关系、理想及非理想变形镜在不同控制延迟校正后的光束质量变化规律，为腔内自适应主动波前校正提供了理论支撑。利用输出功率大于10kW的固体激光进行了外腔光主动闭环校正实验研究，验证了波前过采样实时共轭波面重构技术，光束质量由校正前的Beta~7提高到校正后的Beta~4。