本文针对5kW连续横流CO₂激光器,在分析常用的谐振腔的基础上,采用直角内圆锥面反射镜,理论分析并试验研究了失调性能好、高光束质量激光输出的新型谐振腔。论文首先分析了几种常用的高功率横流CO₂激光器谐振腔性能,以及激光谐振腔的自再现积分方程和求解方法。针对广泛使用的V型腔,运用矩阵光学理论,计算了腔内光斑参数;运用Kogelnik提出的等价腔原理对V型腔进行了分析,推导了与之对应的衍射积分方程。在等价腔的理论基础上,给出了直角内圆锥面反射镜谐振腔的简化模型,建立了其衍射积分方程;运用有限元数值矩阵分析方法对方程进行求解,利用Matlab计算得到其优先输出的光束模式;当反射镜顶角在非理想情况时,利用矩阵光学理论分析了圆锥顶角90°误差及其允许值。研制的直角内圆锥面反射镜能将光束翻转180°,补偿沿气流方向由于激光增益介质的变化对光束质量所造成的影响。在高功率横流CO₂激光器上试验研究了直角内圆锥面反射镜谐振腔的输出特性,得到其输出光斑样式,数值计算结果与试验结果较为一致,采用更高精度的加工方法及适当的冷却方法,能有效改善光束质量。本文首次提出将直角内圆锥面反射镜运用于连续横流CO₂激光器,探索了新型谐振腔,对高功率横流CO₂激光器光腔研究具有一定的理论意义及实用价值。