为了实现除拉曼呼吸模外的次级拉曼模的有效受激拉曼转换,进一步获得更多相干波长激光,在被动调Q内腔式固体拉曼激光器速率方程的基础上,推导了有两束拉曼光输出时的被动调Q内腔式固体拉曼激光器的速率方程,并对方程进行了归一化处理。推导出了两束拉曼光的归一化峰值功率和脉冲能量的表达式。数值模拟观察了各归一化参数对两束拉曼光输出脉冲特性的影响,数值上获得了这些归一化参数的最佳值,以实现次级拉曼模的有效受激拉曼转换。同时,对相关实验参数进行了验证和优化,获得了最佳的实验结果。

利用主动调Q的自拉曼激光器,抑制主要频移拉曼模,使次级拉曼模受激拉曼散射输出新波长的拉曼光。首先,进行理论推导得到包含两个拉曼项的主动调Q归一化速率方程,由典型的实验装置参数和常用晶体参数对归一化拉曼增益系数、归一化损耗比、归一化初始反转粒子数进行取值。其次,通过数值模拟研究归一化参量对两束拉曼光脉冲的影响,找到可以实现次级拉曼模受激拉曼散射的参量取值范围。最后,利用实验参数计算得到的归一化变量值进行数值模拟,对结果进行分析并给出优化方案。

推导了LD泵浦主动调 Q腔内和频拉曼激光器的归一化速率方程组, 由实际的实验参数确定了方程组中七个综合参量的合理取值范围, 然后用数值模拟的方法得到各个综合参量的大小对于和频光的脉冲峰值功率、单脉冲能量和脉冲宽度的影响, 分析发现归一化和频因子F和归一化拉曼增益系数M之间能够相互匹配, 通过数值拟合得到F和M在不同归一化反转粒子数密度N下的匹配方程, 由此得出F和M的匹配值呈线性关系, 应用此线性方程可以指导实验中参数的优化, 使激光器获得更大的和频转换效率。最后利用拟合的结论对报道的实验进行计算和分析并给出优化措施。

运用非线性光学的和频理论推导出被动调Q腔内和频拉曼激光器速率方程理论中的和频项, 在被动调Q拉曼激光器速率方程的基础上, 推导被动调Q腔内和频拉曼激光器速率方程, 再将方程归一化, 得到八个综合参量。推导出和频脉冲峰值功率和单脉冲能量的归一化表达式。数值模拟观察各参量对和频脉冲峰值功率、单脉冲能量和脉冲宽度的影响。对各参量影响进行分析, 发现和频因子与归一化拉曼增益系数需要相互匹配才能实现高效率的和频光输出。同时, 比较了被动调Q腔内和频拉曼激光器与被动调Q腔内倍频拉曼激光器的数值模拟结果。

采用激光二极管(LD)抽运Cr4+:YAG被动调Q内腔式PbWO4锁模拉曼激光器获得了稳定的、调制深度为100%的调Q锁模拉曼脉冲。抽运功率为6.3 W时，获得的锁模拉曼激光输出功率为582 mW，抽运光到一阶斯托克斯光的转换效率为9.24%，斜效率为10.6%，调Q脉冲重复频率为41.3 kHz，脉宽为6 ns，锁模脉冲重复频率为1.1 GHz，锁模脉冲宽度小于207 ps。

研究了外腔钨酸铅(PbWO4)拉曼激光器的输出特性，介绍了由1064 nm纳秒脉冲激发的PbWO4固态拉曼放大器。实验所用的抽运源是电光调Q的Nd:YAG纳秒激光器。对于外腔PbWO4拉曼激光器，当入射抽运脉冲能量为40 mJ时，实验测得一阶斯托克斯脉冲的最大转换效率为13%，当入射抽运脉冲能量为48 mJ时，实验得到包括一阶斯托克斯脉冲在内的总散射光的转换效率为34%，获得的二阶斯托克斯脉冲的转换效率为23%。PbWO4拉曼放大器是对外腔PbWO4拉曼激光器产生的一阶斯托克斯脉冲进行放大，实验获得的放大后一阶斯托克斯脉冲的最大输出能量为11 mJ，放大倍数为3.3。

研究了外腔式PbWO4拉曼激光器在纳秒脉冲抽运下的输出特性。利用主动调Q的Nd:YAG激光器产生的脉冲宽度为31.4 ns，最大输出能量为200 mJ的1064 nm激光作为抽运源。拉曼激光谐振腔采用的是平凹腔设计。测量了输出的拉曼光脉宽与抽运能量的关系，分析了输出的拉曼光脉冲波形图和光谱图，测量了输出的拉曼光脉冲能量与抽运能量的关系，计算了转换效率与抽运能量的关系。当注入抽运光能量达到42 mJ时，得到了一阶斯托克斯光脉冲的最大能量和转换效率分别为10 mJ和24%，获得外腔式PbWO4拉曼激光器的一阶斯托克斯光脉冲波长为1177.6 nm，典型的一阶斯托克斯光脉冲脉宽为20 ns。

对激光二极管(LD)抽运的Cr4+:YAG被动调Q c-cut Nd:YVO4自拉曼激光器进行了实验研究。通过采用不同初始透射率的Cr4+:YAG和不同反射率的输出镜进行实验，研究了初始透射率和反射率对拉曼光输出特性的影响。测量了拉曼光的平均输出功率、脉冲重复频率和脉冲宽度随抽运功率的变化。在抽运功率为4.8 W时，拉曼光的最高平均功率为370 mW，相应的光光转换效率为7.7%。实验中得到了亚纳秒级的拉曼光输出，最高单脉冲能量为54 μJ，最高峰值功率为47 kW。

以波动方程和受激拉曼散射（SRS）物质方程为基础，采用光种子法，建立了固体相干反斯托克斯拉曼频移器的归一化耦合波方程，研究了晶体中反斯托克斯光转换效率。在脉冲抽运条件下分析了归一化增益系数G、归一化相位失配系数ΔK以及一阶斯托克斯光种子的归一化光场振幅ψs0三个变量对固体相干反斯托克斯拉曼频移器的影响，并作出了一系列相应曲线，由所得曲线估算了各归一化变量的合理取值范围。分析结果表明，在ΔK=0时，通过增大ψs0来打破拉曼增益抑制的影响，其转换效率峰值可达到44%。而当ψs0较弱时，可选取合适的相位失配系数，反斯托克斯光转换效率可达40%。

推导了内腔式黄光拉曼激光器考虑空间分布的归一化速率方程,得出输出黄光的峰值功率、脉冲能量等的表达式。结合黄光拉曼激光器的具体实验参数估算了各综合参量的取值范围,分析了各参量变化对内腔式黄光拉曼激光器性能的影响。由所得的曲线和相应公式估算了输出黄光脉冲参数并与实验结果比较,验证此理论研究能够描述内腔式黄光拉曼激光器的特性。