随着激光技术的不断发展,激光在军事、工业、医学、通信等领域的应用日益广泛,常见的应用有:激光通信、激光加工、激光显示等。但是,现有波段的激光不能很好满足不同应用的需求。因此,扩展激光输出波段成为激光技术领域中一项重要的研究内容。受激拉曼散射是一种重要的非线性光学频率变换技术,不仅可以实现对激光的频率变换,填补传统激光器尚未实现的激光波段,而且,对光束有净化作用,能够获得高光束质量的激光输出。与其它非线性频率变换技术相比,受激拉曼散射具有无需相位匹配、输出光线宽窄、光束质量高等优点。内腔式拉曼激光器与外腔式拉曼激光器相比,具有拉曼阈值低、结构紧凑、便于应用等优点。另外,如何获得高转换效率、高脉冲能量、窄脉宽的斯托克斯光输出一直是拉曼激光器领域的研究热点。由于内腔式拉曼激光器谐振腔内同时存在基频光子、一阶斯托克斯光子和二阶斯托克斯光子,三种光子的转换过程复杂,而且腔内受激辐射、一阶受激拉曼散射、二阶受激拉曼散射三者强度的平衡机理尚不明确。因此,对内腔式拉曼激光器尤其是二阶拉曼激光器的谐振腔参数优化难度大。本文创新之处在于通过分析内腔式拉曼激光器谐振腔内光子转换的动力学过程,首次阐明了腔内受激辐射、一阶受激拉曼散射、二阶受激拉曼散射强度的平衡机理,优化了内腔式拉曼激光器,尤其是二阶拉曼激光器的谐振腔参数,并且,在实验上利用耦合腔结构获得了与理论模拟规律一致的实验结论。围绕主动调Q内腔式拉曼激光器的理论与实验研究,本文完成的具体工作及成果如下:1:理论研究,本文分别建立了主动调Q内腔式一阶和二阶拉曼激光器的速率方程模型,利用Matlab数值模拟谐振腔内基频光、斯托克斯光的光子数密度变化过程。通过分析模拟结果,得到了谐振腔内受激辐射、一阶受激拉曼散射、二阶受激拉曼散射三者强度的平衡机理。发现改变腔内光束半径大小可以直接控制光子数密度大小、改变谐振腔长可以控制光子往返时间、改变耦合镜透过率可以重新分配基频光子在增益介质和拉曼晶体处的光子数密度,通过优化这三种谐振腔参数可以直接控制腔内基频光子、一阶斯托克斯光子、二阶斯托克斯光子三者转换速率的快慢,提高输出光脉冲能量。2:实验研究,本文在内腔式拉曼激光器的理论分析基础上,首先进行了Nd:YVO4声光调Q脉冲激光器和Nd:YVO4声光调Q自受激拉曼激光器的基础研究。在此基础上开展了耦合腔式一阶拉曼激光器的实验研究,通过在基频光谐振腔中插入耦合镜,使之与输出镜在基频光谐振腔中构成了拉曼腔,形成耦合腔结构。同时,采用无掺杂的YVO4作为拉曼晶体,在9W泵浦下获得了脉冲宽度仅为2.7ns、脉冲能量为67.8μJ的1176nm一阶斯托克斯光输出。通过分析不同谐振腔参数下的激光输出特性,获得了与理论模拟结果一致的实验结论。