高功率射频板条CO₂激光器需要大菲涅尔数的非稳腔来提取激光功率。当谐振腔有效菲涅尔数超过500时,传统的非稳腔分析方法,如虚源法、特征向量法等分析方法所依赖的近似条件不再成立,分析误差较大。本文研究了高功率射频板条CO₂激光器不同的谐振腔结构和输出光束特性,探讨了Donut模式的整形方法,主要研究内容如下:（1）分析了对称非稳腔,离轴非稳腔的特性。通过Rigrod分析法研究谐振腔失调对提取效率的影响。结果表明离轴非稳腔相比对称非稳腔输出光束远场分布中旁瓣的数目及旁瓣中包含的能量均大幅减少,输出光束的M2因子仅为对称腔的1/5;且负支离轴非稳腔的抗失调特性明显优于正支腔,因此高功率射频板条CO₂激光器宜采用负支离轴非稳腔结构。（2）研究了有效菲涅尔数较小的正支离轴非稳腔及增益区大小相同的负支腔的光束特性。当使用抛物面腔镜或球面腔镜时,正支腔的光束特性几乎没有区别,与实验结果相一致。对于负支腔,当使用球面腔镜时输出光束在传输时偏离光轴-1.79mrad,而抛物面镜腔输出光束近似为平面波,但腔镜失调时抛物面镜腔和球面镜腔的功率提取效率相差不大。结果表明球差对菲涅尔数较小的非稳腔影响并不严重。（3）分析球差对有效菲涅尔数达到673的2kW射频板条CO₂激光器谐振腔的影响。建立大菲涅尔数非稳腔数值模拟模型,理论及实验研究了双抛物面镜谐振腔和双球面镜谐振腔的光束特性,对不同腔长和腔镜曲率半径的抛物镜非共焦腔的光束特性进行了分析。结果表明,球面镜腔输出光束传输时偏离光轴-3.5mrad,而抛物面镜腔输出光束沿光轴传输,且聚焦光斑的能量相比球面镜腔更集中;当输出镜失调角度在±6 mrad范围内时抛物面镜腔的功率提取效率比球面镜腔高5.6%,抛物面镜腔的实验结果同数值模拟结果基本一致;而缩短腔长及腔镜曲率半径增加的抛物面镜非共焦腔功率提取效率分别比共焦腔高3.3%、3.1%。（4）研究了球面镜腔和抛物面镜非共焦腔输出光束经过外光路整形系统时的传输特性及Donut模式的整形方法。重新设计不同谐振腔结构的外光路整形系统。采用了两种方法进行Donut整形,首先采用G-S算法设计了一种可在远场获得Donut模式的镜片,但整形光束发散角较大,不适合长距离激光加工;而另一种在输出光束相位分布中附加-π～π的螺旋相位的方式获得了 M2因子为2.29的Donut模式,整形效率为97.1%,光束传输特性理想。（5）建立大菲涅尔数离轴非稳腔有源分析的模型,分析2kW射频板条CO₂激光器谐振腔的失调特性。结果表明,当输出镜失调角度为+8mrad和-8mrad时,输出功率下降了 34.4%和28.4%;当尾镜失调角度为负值时,输出功率变化不大,而失调角度为正值时,输出功率急剧下降,当失调角度为+8mrad时,功率损失达到69%;整形光束的对称性及非稳方向的M2因子也会受到腔镜失调的影响。研究结果对3kW射频板条激光器的设计有重要参考价值。