Многие важные приложения лазеров связаны с их способностью генерировать когерентные пучки оптического излучения большой мощности, которые могут распространяться на дальние расстояния с малой расходимостью. В связи с этим на протяжении многих лет одной из наиболее актуальных задач лазерной физики является генерация светового излучения большой мощности (как пиковой, так и средней) в пучках высокого качества. Однако на пути решения этой задачи встают серьёзные проблемы, связанные, в частности, с тем, что в активной среде при интенсивной накачке возникают значительные неоднородности показателя преломления, которые существенно ухудшают пространственную структуру пучка генерации. Для компенсации искажений световых пучков внутри резонаторов мощных лазеров используются методы адаптивной и нелинейной оптики.

Исследования мощных твердотельных лазеров с нелинейными зеркалами, обеспечивающими компенсацию внутрирезонаторных искажений, ведутся в ИПФ РАН с первых лет его существования. Под руководством В.И. Беспалова в институте была создана научная школа, воспитавшая целый ряд учёных, специализирующихся в области нелинейной и адаптивной оптики (Г.А. Пасманик, А.А. Бетин, А.А. Шилов, Н.Ф. Андреев, О.Л. Антипов и др.). Исследования сотрудников ИПФ РАН внесли значительный вклад в развитие нелинейной оптики во всём мире.

Во второй половине 80-х – первой половине 90-х г.г. основным направлением исследований в ИПФ РАН в области нелинейной адаптивной оптики была разработка систем «задающий генератор – усилитель мощности» с компенсацией искажений внутри лазерного усилителя за счёт использования обращающих волновой фронт (ОВФ) зеркал на основе обратного вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ). В результате работ в этом направлении под руководством Г.А. Пасманика была создана лазерная система на кристаллах Nd:YAG со средней мощностью излучения ~100 Вт.

С середины 90-х г.г. под руководством О.Л. Антипова в ИПФ РАН проводятся исследования мощных твердотельных лазеров с внутрирезонаторной нелинейной коррекцией аберраций за счёт использования динамических голографических решёток, возбуждаемых в нелинейной среде интерференционным полем самих пучков генерации. В качестве нелинейной среды для записи динамических голограмм используются различные нелинейные среды: нематические жидкие кристаллы, лазерные кристаллы и насыщающиеся поглотители. Данные исследования привели к созданию мощных твердотельных лазеров нового класса, резонаторы которых формируются с участием динамических голографических зеркал на основе решёток населённости, возбуждаемых в активной лазерной среде интерференционным полем генерируемых пучков. Самоорганизация резонатора в таких лазерах приводит к его адаптивности, обеспечивая высокое качество мощного пучка генерации. При использовании различных нелинейных сред для записи нелинейного голографического зеркала реализован ряд динамических режимов таких лазеров: свободная генерация, самомодуляция добротности, самосинхронизация мод.

Значительные успехи в исследовании мощных твердотельных лазеров с динамическим голографическим резонатором, достигнутые группой сотрудников института, возглавляемой О.Л. Антиповым (А.П. Зиновьев, О.Н. Еремейкин, И.В. Юрасова, А.С. Кужелев, Д.В. Чаусов, С.И. Беляев и др.), по существу, обеспечили ИПФ РАН мировое лидерство в этом направлении. В ИПФ РАН создана, в частности, твердотельная лазерная система на основе кристалла Nd:YAG с ламповой накачкой и динамического резонатора на решётках инверсной населённости, генерирующая излучение со средней мощностью 300 Вт при качестве пучка М²3. Практический интерес к созданию таких систем связан с задачей разработки мощных технологических лазеров, которые могут быть использованы для прецизионной обработки материалов: сверления отверстий малого диаметра, точной резки и маркировки, точечной сварки, термоупрочнения и др. Параметры излучения лазера позволяют обеспечить микронную точность позиционирования и разрешения при точной обработке таких материалов, как прозрачные диэлектрики, керамики, металлические подложки и пленки.

В настоящее время (в связи с развитием твердотельных лазеров с мультикиловаттной средней мощностью пучков излучения) использование нелинейно-оптических методов для компенсации искажений внутри активной среды по-прежнему остаётся актуальной задачей. В результате проведённых в ИПФ РАН исследований была доказана возможность построения диодно-накачиваемых твердотельных лазеров со взаимным динамических резонатором, замыкаемым решетками населенности, которые возбуждаются в активной среде интерференционным полем генерируемых пучков. В лазерах на кристаллах Nd:YAG и Nd:YVO₄ с накачкой диодными линейками (или матрицами) получена генерация излучения в непрерывном и импульсно-периодическом режимах с хорошим качеством пучка, линейной поляризацией и высокой эффективностью (c расходимостью, близкой к дифракционному пределу, при мощности генерации ~10 Вт и эффективности преобразования накачки в лазерное излучение до 35%). Самоадаптивные резонаторы на динамических решётках населённости могут быть использованы для создания мощных и эффективных диодно-накачиваемых твердотельных лазеров с высоким качеством пучка.