受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering简称SRS)是产生激光新波长的重要途径之一,拉曼散射光的波长取决于泵浦光的波长和拉曼介质本身的性质。通过选择不同波长的泵浦光和不同的拉曼介质材料,散射光光谱可从紫外遍及到近红外区域。常用的拉曼介质材料有气体、液体和固体三种形态,由于固体拉曼介质具有很多优点,如体积小、拉曼增益高、热导性能好及机械性能好等,现已取代气体和液体拉曼介质,成为最常用的拉曼介质；而固体拉曼激光器由于具有结构紧凑、稳定性好、转化效率高等优点,在医疗、信息、交通、测量和国防等领域都得到广泛应用。近几年固体拉曼介质及固体拉曼激光器已成为激光材料和激光器件领域的研究热点。目前,俄罗斯、美国、德国、澳大利亚和中国台湾等国家和地区的研究人员都在积极参与固体拉曼激光器的研究。国内开展固体拉曼激光器研究的有利条件是我国在晶体生长领域具有世界领先水平。在大陆,山东大学、福建物质结构研究所、上海光学精密机械研究所等高等院校和研究所在全固体拉曼激光器理论及实验研究方面都取得了一些重要研究成果。输出波长在550-600nm范围内的全固体激光器近年来已经引起广泛关注,该波长范围的激光在医疗、通信、光谱学、激光雷达、激光制导、大气探测、信息存储等领域都有广泛的应用。其中获得黄光的有效方法之一是利用腔内倍频固体拉曼激光器。具体方法是利用晶体的受激拉曼散射效应将激光二极管泵浦掺Nd3+材料得到的1.06μm附近的激光转换为1.18μm附近的激光,再进行倍频得到黄光波段激光,这一方法已成为目前获得该波段激光的重要手段。到目前为止,已报道的拉曼激光器大部分是主动调Q拉曼激光器。主动调Q拉曼激光器的优点是转化效率和输出功率高,但缺点是结构设计较复杂,价格较昂贵。比起主动调Q拉曼激光器,被动调Q拉曼激光器虽然转化效率和输出功率不高,但是其具有许多优点,如结构紧凑、价格便宜、操作简单等,因而关于被动调Q拉曼激光器的理论及实验研究也是非常重要的。但是到目前为止关于被动调Q拉曼激光器的研究相对比较少。因而在本论文中我们将着重于被动调Q拉曼激光器的理论和实验研究。本论文提出了一种测量固态拉曼介质增益系数的新方法,通过研究两块不同长度的拉曼介质产生的拉曼光光强的比值与泵浦光光强的关系来测得拉曼增益系数,并用此方法测得YVO4晶体的拉曼增益系数是4.5cm/GW;然后分别以Nd:YAG作为激光介质,以Cr4+:YAG作为饱和吸收体,以SrWO4, BaWO4和KLu(WO4)2作为拉曼介质,研究了了LD端面泵浦被动调Q内腔式拉曼激光器的特性；又采用KTP晶体作为倍频晶体,进行了LD泵浦被动调Q腔内倍频拉曼激光器的研究,同时建立了被动调Q腔内倍频拉曼激光器的理论模型。具体的研究内容如下：1.提出一种测量固态拉曼介质增益系数的新方法。通过选取两块同种材料、不同长度的拉曼晶体,在皮秒脉冲泵浦下通过观察受激拉曼散射现象,分析两块晶体输出端拉曼光强的比值与泵浦光强的关系来测量晶体的拉曼增益系数。并用此方法测得YVO4晶体的拉曼增益系数是4.5cm/GW。2.以Nd:YAG晶体作为激光介质,α切的SrWO4晶体作为拉曼介质,采用Cr4+:YAG被动调Q方式,首次实现了LD端面泵浦被动调Q的Nd:YAG/SrWO4内腔式拉曼激光器在1180nm的运转。当LD泵浦功率为14.9W,饱和吸收体(Cr4+:YAG)初始透过率为81%时,实验得到拉曼光的最高平均输出功率为1.78W,得到的最大单脉冲能量是88.1μJ。3.以陶瓷Nd:YAG作为激光介质,以c切KLu(WO4)2晶体作为拉曼介质,采用Cr4+:YAG被动调Q方式,首次实现了LD端面泵浦被动调Q的Nd:YAG/KLu(WO4)2内腔式拉曼激光器在1178nm的运转。在泵浦功率为15.7W, Cr4+:YAG初始透过率为81%时,实验得到拉曼光的最高平均输出功率为1.89W,得到的最大单脉冲能量是84.0μJ。4.考虑泵浦光、腔内基频光和拉曼光光子数密度和反转粒子数密度的横向分布,以及倍频拉曼光光子数密度与拉曼光子数密度之间的关系,在被动调Q拉曼激光器速率方程组的基础上,得到了被动调Q腔内倍频拉曼激光器的速率方程组。通过引入一组综合参量,可得到被动调Q倍频拉曼激光器的归一化速率方程组。通过数值求解该速率方程组,可得到了一系列普适曲线,这些曲线不仅可以表明归一化的被动调Q内腔倍频拉曼光的脉冲参量与这些综合参量之间的关系,还可以用来估计任何一个被动调Q内腔倍频拉曼激光器的输出脉冲特性。5.以陶瓷Nd:YAG作为激光介质,以α切SrWO4作为拉曼介质,采用Cr4+:YAG被动调Q方式,首次实现了LD端面泵浦被动调Q的Nd:YAG/SrWO4/KTP内腔式倍频拉曼激光器在590nm黄光波长处的运转。在LD泵浦功率为14.0W, Cr4+:YAG初始透过率为81%时,实验得到590nm黄光最高平均输出功率为1.02W,相应的从LD泵浦光到黄光的光-光转换效率为7.29%,得到的最大单脉冲能量是56.2μJ。6.以Nd:YAG晶体作为激光介质,以a切BaWO4作为拉曼介质,采用Cr4+:YAG被动调Q方式,首次实现了LD端而泵浦被动调Q的Nd:YAG/BaWO4/KTP内腔式倍频拉曼激光器在590nm黄光波长处的运转。在LD泵浦功率为14.1W, Cr4+:YAG初始透过率为81%时,实验得到590nm黄光最高平均输出功率为1.21W,相应的从泵浦光到黄光的光-光转换效率为9.06%,得到的最大单脉冲能量是68.5μJ。本论文的主要创新点如下：1.提出一种测量固态拉曼介质增益系数的新方法。采用两块同种材料、不同长度的拉曼晶体,在皮秒脉冲泵浦下观察受激拉曼散射现象,通过分析两块晶体输出端拉曼光强的比值与泵浦光强的关系来算得晶体的拉曼增益系数。并用此方法测得YVO4晶体的拉曼增益系数是4.5cm/GW。2.首次实现了LD端面泵浦被动调Q的Nd:YAG/SrWO4内腔式拉曼激光器在1180nm的高效运转。3.首次实现了LD端面泵浦被动调Q的Nd:YAG/KLu(WO4)2内腔式拉曼激光器在1178m的高效运转。当LD泵浦功率为15.7W,饱和吸收体Cr4+:YAG的初始透过率为81%时,得到拉曼光的最高平均输出功率为1.89W,这是目前为止所报道的采用LD泵浦被动调Q内腔拉曼激光器方式获得的最高输出功率。4.考虑到泵浦光、腔内基频光和拉曼光光子数密度和反转粒子数密度的横向分布,以及倍频拉曼光光子数密度与拉曼光子数密度之间的关系,首次建立了被动调Q腔内倍频拉曼激光器的理论模型。5.首次实现了LD端面泵浦被动调Q的Nd:YAG/SrWO4/KTP内腔式倍频拉曼激光器在590nm黄光波长处的运转。6.首次实现了LD端面泵浦被动调Q的Nd:YAG/BaWO4/KTP内腔式倍频拉曼激光器在590nm的运转。在LD泵浦功率为14.1W,Cr4+:YAG初始透过率为81%时,得到黄光的最高平均输出功率为1.21W,相应的从泵浦光到黄光的光-光转换效率为9.06%,得到的最大单脉冲能量是68.5μJ。所得到黄光的平均输出功率、转换效率和单脉冲能量是目前所报道的采用LD泵浦被动调Q内腔倍频拉曼激光器方式获得的最高输出功率、最大转换效率和最大单脉冲能量。