薄片激光增益镜由高径厚比激光晶体焊接在高导热金属或非金属热沉上构成，是激光器中产生受激辐射光放大的核心器件。在端面均匀泵浦和背面高效冷却时，薄片激光增益介质内的热流方向近似垂直于薄片介质端面，热沉对薄片激光介质的热形变也具有抑制作用，保证了薄片激光器高平均功率、高光束质量运行。相对于板条和光纤等形状的激光增益介质，薄片激光增益介质由于激光光斑面积大、峰值功率密度低、增益介质薄等特点，使得激光脉冲在薄片增益介质中，具有极弱的非线性效应。因而，薄片激光器是获得大脉冲能量、短脉冲宽度、高平均功率、高光束质量激光输出的最佳选择。
　　掌握薄片激光增益镜的热畸变规律，是设计和制作薄片激光增益镜的基础。本论文针对薄片激光增益镜球面热畸变和非球面热畸变的产生机制及控制方法开展了系统研究，主要内容包括：
　　(1)在深入分析薄片激光增益镜热畸变产生机制的基础上，将热畸变分为球面热畸变和非球面热畸变两大类，并提出了用比光焦度和TEM00模光场的衍射损耗来分别表征球面热畸变和非球面热畸变。研究结果表明热畸变主要来源于热光效应、热致轴向应变效应、热致弹光效应和热致薄片介质下表面形变效应等因素。
　　(2)借助物理模型和数值分析法研究了薄片激光增益镜光学器件特性(初始面形、薄片介质厚度、光学高反膜、端帽)、封装特性(焊料、热沉)和光分布特性(泵浦光、谐振腔内振荡激光)对球面热畸变和非球面热畸变影响。
　　数值计算结果表明，当初始球面面形对薄片激光增益镜比光焦度的改变不超过1%，由不同初始球面面形，引起的球面热畸变和非球面热畸变的变化与其他因素相比很小，可以忽略此影响。当薄片激光增益镜上泵浦光斑尺寸较小时，提高薄片介质厚度和光学高反膜热阻，能矫正薄片激光增益镜负透镜型球面热畸变，但非球面热畸变增大。使用钇铝石榴石(YAG)端帽、碳化硅(SiC)端帽和金刚石(diamond)端帽能在较宽的泵浦光斑半径范围(2~12mm)，有效矫正薄片激光增益镜负透镜型球面热畸变；但YAG端帽会提高泵浦区非球面热畸变，SiC端帽会扩大泵浦区边缘非球面热畸变作用区域并降低非泵浦区非球面热畸变，diamond端帽可降低泵浦区和非泵浦区非球面热畸变。
　　此外，使用金锡焊料封装薄片介质时产生的预应力对薄片激光增益镜热畸变则没有影响。使用高导热、低热膨胀、高抗弯的热沉，能矫正薄片激光增益镜负透镜型球面热畸变，也可改善非泵浦区的非球面热畸变。
　　在均匀泵浦的情况下通过缩小泵浦区尺寸，能矫正薄片激光增益镜负透镜型球面热畸变。使用低阶超高斯线型或截断高斯线型的非均匀泵浦分布，能矫正薄片激光增益镜负透镜型球面热畸变，并且当球面热畸变被完全矫正时，非球面热畸变会减小。提高谐振腔输出镜透过率，能矫正薄片激光增益镜负透镜型球面热畸变。当腔内模场由TEM01模向TEM00模转变时，会使薄片激光增益镜负透镜型球面热畸变增大。
　　(3)采用稳区平移模式转变法和反射光束传播特性改变法，来测量薄片激光增益镜的球面热畸变；采用空间载频干涉法，测量薄片激光增益镜综合热畸变和非球面热畸变。上述实验数据与仿真结果一致，佐证了本文建立的薄片激光增益镜热畸变矫正理论的有效性和正确性。
　　(4)提出了通过掺杂薄片介质厚度、端帽材料、端帽厚度、热沉材料和泵浦光分布的综合优化设计，可将薄片激光增益镜的近轴球面热畸变完全矫正。并针对超高斯泵浦、截断高斯泵浦无端帽薄片激光增益镜和超高斯泵浦带端帽薄片激光增益镜三种情况，优化设计并制作了球面热畸变矫正效果较理想的薄片激光增益镜。当泵浦分布为半宽2mm的高阶超高斯线型时，本课题组自制带铜热沉薄片激光增益镜光焦度随泵浦功率密度的变化率为?0.055m?1/(kW/cm2)，近轴球面热畸变小于德国D+G公司同类产品。