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基于本实验室发展的厚透镜模型理论，设计和建立了一台钛宝石飞秒激光器，实现了高功率和宽调谐输出。理论上研究了影响飞秒激光波长调谐范围和输出功率的因素，并从实验上进行了验证。具体研究内容和成果如下：
(1)钛宝石棒内腔横模调制度c‘c是影响软光阑锁模的关键因素。基于厚透镜模型，计算了稳定区各边界处的横模调制度αc；在上区下边界处，钛宝石棒内腔横模调制度αc值最大。因此，设置激光器工作在此边界附近，容易实现锁模。为了获得亚十飞秒的高功率输出，选用了3mm的钛宝石棒。实现高功率锁模，需要在提高泵浦功率、增加输出耦合率、增加腔模尺寸、提高腔横模调制度αc等因素之间取得平衡。高的αc可以减弱由自相位调制(SPM)与群速度色散(GDD)相互作用造成的周期性干扰对锁模的破坏作用，防止脉冲能量转化为连续成分。计算结果表明αc与钛宝石棒长度成正比，这意味着采用长的钛宝石棒有利于获得更高的输出功率。实验上采用5mm的钛宝石棒比用3mm的钛宝石棒获得更高的输出功率，与理论计算结果一致。
(2)研究了腔结构不对称参数γ和钛宝石棒长度对αc的影响。计算结果表明，当γ从1.8变化到1.5时，长度为3mm、5mm和10mm钛宝石棒中腔横模调制度αc分别提高了4.5％、7％和27％。这些结果表明，只有较长的钛宝石棒，γ对αc才有较大的影响。因此，当采用较长的钛宝石棒作为增益介质时，谐振腔的结构就应该取较低的γ值来提高αc，以便获得最佳的输出功率和锁模稳定性。
(3)研究了耦合输出率对飞秒激光调谐范围的影响。采用啁瞅镜较好地补偿腔内的三阶色散和提供宽的反射带宽，比较了输出耦合率为10％、4％以及1％的激光器输出波长调谐范围。其中，10％宽带输出镜(720～1140nm)的调谐带宽为735～880nm；4％普通输出镜(740nm～880nm)的调谐带宽为730～880nm。把原来激光腔中的输出耦合镜更换为啁啾全反镜，并在激光腔内插入1mm厚的薄玻璃片，作为1％的输出耦合镜，提高了腔内功率，使激光器在低增益波段的运转阈值降低，获得了从695～970nm的宽调谐飞秒激光脉冲输出。实验结果表明，较好色散补偿和高的腔内功率有利于实现宽带调谐。