امروزه نانوذرات دنیای جدیدی را پیش روی ما باز کرده اند و تقریبا در تمام بخش های زندگی ما تاثیر گذار هستند. با گذر از مقیاس میکرو به مقیاس نانو، بسیاری از خواص فیزیکی و شیمیایی دستخوش تغییر می شوند، این تغییرات ناشی از افزایش نسبت سطح به حجم و ورود اندازه ی ذره به قلمرو اثرات کوانتومی است. علاوه بر اینکه خواص نانوذرات با حالت توده ای آن تفاوت دارد، می توانند مولکول هایی را که در مجاورت خود قرار می گیرند تحت تاثیر قرار دهند. از طرفی علم لیزر نیز پیشرفت شگرفی در چندین سال اخیر داشته و نقش خود را در زندگی انسانها هر روزه پررنگ و پررنگتر می کند. در این جستار سعی بر آن شده است که این دو علم را تا حدی که در چارچوب پژوهش مان می گنجد با هم مرتبط سازیم. ابتدا اثرات اپتیکی مولکولهای مجاور نانوذرات فلزی را بررسی می نماییم سپس این تغییرات را برای دو مولکول خاص که در تقویت کننده های لیزری کاربرد دارند ، در نزدیکی نانوذره نقره محاسبه می کنیم. در ادامه بررسی می کنیم که مشخصات یک تقویت کننده لیزری در صورت وجود و عدم وجود نانوذرات چه تفاوتی باهم دارد. به عبارتی می توان گفت برعکس کارهایی که تاکنون انجام گرفته و صرفا به تغییرات خواص نانوذرات یا مولکول های اطراف نانوذره پرداخته شده است، در این پژوهش کاربرد عملی این موضوع مورد مطالعه قرار گرفته است.

در این کار، تئوری و تجربی لیزرهای دیسکی نازک جهت تولید مدهای غیرپراشی بسل-گاوس و متیو-گاوس را تحقیق کردیم. به این منظور، چندین نوع رزوناتور بر پایه اکسیکون از دیدگاه اپتیک هندسی و موجی طراحی، شبیه سازی و تفسیر شد. مسیرهای پایدار داخل رزوناتور: مقادیر ویژه، و بردارهای ویژه به طور تحلیلی بر حسب پارامترهای مختلف توصیف گردید. همچنین تلفات پراش رزوناتور در هر رفت- برگشت بر حسب پارامترهای هندسی آن تحلیل شد. تحلیل موجی و حل معادلات نرخ اتم های yb:yag نشان می دهد که پیکربندی پیشنهادی یک باریکه ی بسل- گاوس پرتوان با اندازه ی لکه ی کوچک می توتند تولید کند. در مرحله بعد، با انحراف از حالت تعادل آینه خروجی رزوناتور مدهای متیو - گاوس شبیه سازی شد. نتایج تجربی چیدمان فوق وجود مدهای ویژه غیرپراشی متیو _ گاوس را برای پیکربندی مذکور تأیید می کند. تحلیل جبهه های فازی از طریق حسگر شاک هارتمن نشان می دهد که تغییر شکل دیسک در اثر حرارت روی توان و پروفایل خروجی تاثیر می گذارد. نهایتاً برای رفع محدودیت فاصله میان ماده فعال و اکسیکون در سیستم های پمپاژ معمول، سیستم پمپاژ شبه طولی جدیدی ارائه گردید. به منظور دستیابی به انتقال موثرتشعشع پمپاژ،اثرات پارامترهای هندسی روی بهره پمپاژ این سیستم توصیف گردید. بر خلاف سیستم های پمپاژ سنتی، مزیت این سیستم در قابلیت بکارگیری چند ماژول به طور همزمان برای پمپاژیک تک دیسک است. جهت بکارگیری پیکربندی پیشنهادی در پمپاژلیزرهای دیسکی پرتوان، اثرات ترمواپتیکی شبه کاواک در توان های مختلف تحقیق شد.تحلیل ترمواپتیکی نشان می دهد که یک لوله نوری مرکب ساخته شده از الماس و yag می تواند اثرات حرارتی را بطور قابل ملاحظه ای کاهش دهد.