高斯光束是激光光学的基础光束,也是应用最多的一类光束,其应用已经深入到了各行各业。近年来,随着社会的进步和科技的发展,高斯光束由于具有独特的光学特性,得到了越来越多的关注和研究,在微粒操控,显微成像,材料加工和自由空间通信等领域发挥了越来越大的作用,其前景被普遍看好,具有一定的科研价值和社会意义。而研究高斯光束的基础和关键之一在于如何获得高质量的高斯光束。LD端面泵浦固体激光器具有泵浦效率高、输出光束质量好和输出稳定等优点,得到了持续而深入的研究,是常见的产生高质量高斯光束的激光器。本文从经典的橫模选择理论出发,在LD端面泵浦激光器中对高斯光束的产生展开了一系列的研究。本文首先介绍了高斯光束在各领域中的应用,分析了各种产生高斯光束的方法,并基于国内外的相关研究,提出了一种在LD端面泵浦固体激光器中产生高质量高斯光束的方法,该方法的理论基础是经典的橫模选择理论。然后从非均匀介质的耦合效应出发,对高斯光束的形成进行了研究,并用矩阵计算的方式对稳定腔的振荡模式进行了计算。最后在非均匀介质耦合效应的基础上,结合菲涅耳-基尔霍夫衍射积分提出了一种在谐振腔内产生相干多模的方法。本文的研究内容由以下几部分组成:(1)在角谱衍射理论的基础上,建立了一个普遍适用的LD端面泵浦固体激光器模型。在该模型中,谐振腔内的光学元件被看作是具有一定复振幅透过率的薄透镜。给出了谐振腔腔镜和LD泵浦下增益介质的透过率分布,用平面波的线性叠加表示腔内往返传播的激光场,用角谱衍射理论计算激光场的传播,我们称这种模拟方法为角谱计算。角谱计算同时考虑了激光场的振幅和相位变化,能够很好地再现激光在谐振腔内的传播过程。(2)基于橫模选择理论,从IG光束的光强分布出发,提出了一个在LD端面泵浦固体激光器内产生特定IG光束的方法。IG光束存在若干条光强为零的节线,这些节线呈椭圆形或双曲线形,将IG光束分割成了多个小光斑。在谐振腔内插入一个光阑,光阑上放置若干条具有一定宽度的不透光细线,细线的形状和位置与想要激发的目标IG光束的节线分布相匹配,当激光束通过该光阑时,目标IG光束几乎不受影响,非目标模式则会受到由细线带来的巨大损耗,从而形成目标模式的单模振荡。我们称这种方法为“损耗控制”。在LD端面泵浦固体激光器模型中模拟得到了多个纯度系数在90%以上的IG光束。(3)研究了谐振腔内非均匀介质耦合效应对激光的影响,并提出了一种计算稳定腔内振荡模式的矩阵算法。“损耗控制”光阑的复振幅透过率呈不均匀分布,是一个非均匀介质。介绍了非均匀介质的耦合效应,并在此基础上用矩阵计算的方式对稳定腔的振荡模式进行了计算。给出了LD端面泵浦固体激光器的矩阵模型,对“损耗控制”下IG光束的形成进行了计算,得到了纯度系数在90%以上的IG光束。(4)从非均匀介质耦合效应出发,对稳定腔内激光束的形成进行了解释。在增益介质以及“损耗控制”光阑的耦合作用下,理想橫模分量之间发生能量和相位交换,多次耦合后,它们的能量和相位达到动态平衡,并最终叠加形成特定的激光束。该解释加深了我们对激光束形成的理解,有利于产生高质量的高斯光束。(5)在非均匀介质耦合效应的基础上,结合菲涅耳-基尔霍夫衍射积分,提出了一种在谐振腔内产生相干多模的方法。IG光束是多个理想HG光束的线性叠加,在非均匀介质耦合效应的作用下,这些HG分量之间的振幅比例和相位关系保持不变,是相干的。由此可以想到,如果能够实现多个理想模式之间的相干,就有可能在谐振腔内产生这些模式的相干叠加,我们称相干叠加的激光模式为相干多模。详细介绍了用非均匀介质产生相干多模的原理,并用反射式的纯相位SLM作为反射镜建立了一个LD端面泵浦固体激光器模型,模拟得到了多个相干多模的输出。