金刚石晶体不仅具有极佳的光学性质，同时也拥有极高的热导率和低的热膨胀系数，这使得金刚石激光器成为实现不受热影响高功率激光输出的重要路径。但随着激光功率的进一步提升，金刚石拉曼激光器中仍然存在不可忽视的热效应等问题，这对金刚石激光器性能提升提出了挑战。针对高功率运转情况下金刚石拉曼激光器的热效应进行了理论研究，根据热传导方程并采用有限元分析方法，模拟了金刚石温度、热应力以及热形变分布，分析了泵浦参数、晶体参数对金刚石温度、热应力、热形变的影响。此外，基于石墨片横向导热特性，设计了一种新型的用于金刚石晶体的热沉结构。与传统单一铜片散热方式相比，在泵浦功率800 W、束腰半径40 μm条件下，金刚石中心温度下降了10.16 K，下表面平均应力降低了19.857 MPa，端面平均形变量减小了0.055 μm。数值模拟结果表明，该方法对缓解金刚石激光的热效应，实现金刚石拉曼激光器输出功率的进一步提升和高光束质量激光输出具有重要指导意义。

高功率特殊波段激光在钠信标、激光测距、激光雷达、自由空间通信等领域具有重要的应用价值。目前，基于受激拉曼散射（stimulated Raman scattering, SRS）的拉曼激光器及放大器已经被证实为拓展激光波段和功率的有效途径。不同于基于粒子数反转激光器在产生和放大过程中需匹配激光增益介质固有的吸收和发射谱，SRS过程理论上能够在其拉曼增益介质透过光谱的全范围内工作，故只需要相互作用光束的频率差满足拉曼增益介质的固有频移，便可实现光束之间的能量直接转移。因此，拉曼放大技术能够利用常规波段的泵浦光对特殊波段的种子光进行放大，从而实现高功率、大能量、高光束质量的特殊波段激光输出。该方法具备波长选择灵活、结构简单、功率拓展性强等优点，近年来已经在钠信标光源等领域得到了应用。文中综述了高功率自由空间拉曼放大技术的主要原理、特性和研究进展，并对其发展趋势和应用前景进行了展望。

近年来，在光电对抗、激光雷达、精密测量、医疗等诸多应用的牵引下，能够同时或交替输出不同波长的激光器得到广泛关注，但是受到激光工作物质中激活粒子固有发射谱及其增益强度的限制，实现多波长激光的功率、波长和时频域的高效可控辐射具有较大难度。非线性光学频率变换技术是拓展激光波长的有效手段，具有系统灵活性强、波长调节范围宽和功率拓展性强等特点。作为一种三阶非线性光学效应，受激拉曼散射(SRS)通过介质内部的分子或晶格振动使入射的泵浦光产生一定的频移，结合其固有的放大、相位共轭、级联转换等特性，基于SRS的拉曼激光器在获得高功率、高光束质量、多波长激光输出中具有显著优势，尤其是以晶体作为拉曼增益介质的多波长激光器一直是激光领域研究的热点。文中介绍了SRS和级联拉曼转换的基本原理，归纳了典型晶体拉曼激光器的分类和基本结构，综述并讨论了基于晶体拉曼转换的多波长激光技术的研究现状。

全固态红光激光器在激光显示、全息存储以及医疗领域有着重要应用，其中多波长红光激光器还可用于差频产生太赫兹辐射。基于三阶非线性效应受激拉曼散射的拉曼激光器是一种突破粒子数反转激光器有限发射光谱制约进而拓展激光波长的有效手段，即能够将注入的单一波长泵浦光直接拓展至一个或几个全新波段。笔者团队研制了一台绿光泵浦的多波长级联金刚石拉曼激光器，利用波长为532 nm、脉冲宽度为11.43 ns的激光作为泵浦源，通过将一阶Stokes黄橙光（573 nm）锁定在振荡器中，实现了红光波段的二阶、三阶和四阶（620 nm、676 nm和743 nm）级联拉曼激光输出，对应三个波长的脉冲宽度分别为10.41、3.75、2.45 ns，总输出能量为0.6 mJ，光光转换效率为36.38%。结果表明，凭借金刚石晶体优异的光学特性和拉曼性质，可见光泵浦的金刚石拉曼激光器对于实现高功率全固态小型化多波长红光激光输出具有巨大潜力。

具有高功率、高光束质量的双波长激光器在精密光谱、共振干涉测量和激光雷达等领域有着重要的应用。但是受到激光工作物质固有的光谱和增益特性制约，通过传统的粒子数反转激光器难以直接获得高功率的双波长激光输出，因此通常需要结合非线性光学频率变换技术将常规的单一波长高功率激光拓展至一个或若干个特殊波段。受激拉曼散射作为一种三阶非线性效应，具有频移大、自相位匹配和光束净化等优点，是实现高效率、高光束质量波长转换有效手段。利用具有宽光谱透过范围（>0.23 μm）、超高热导率（>2 000 W·m⁻¹·K⁻¹）和大拉曼频移（1 332 cm⁻¹）等优异特性的金刚石晶体作为拉曼增益介质，通过外腔振荡结构实现了1 μm泵浦光直接向1.2 μm和1.5 μm双波长激光的高效转换，在最高稳态泵浦功率414 W的条件下获得了1.2 μm和1.5 μm功率分别为72 W和110 W的输出。该研究为实现高功率的双波长激光输出开辟了新的途径。

具有高平均功率的皮秒级脉冲激光在工业加工、空间探测等领域具有重要的应用。但是锁模产生的皮秒种子光因脉冲宽度窄、单脉冲能量低，难以直接通过传统的行波放大实现功率的高效提升，因此也限制了输出脉冲的非线性频率转换效率。文中通过光栅啁啾脉冲展宽器和狭缝，将中心波长为1030 nm、脉冲宽度7 ps、重复频率52 MHz的光纤锁模种子光脉冲宽度展宽至32 ps，且将其光谱宽度控制在1.1 nm，利用两个空气包层光子晶体光纤放大器将功率放大至190 W。最后通过温度相位匹配LiB₃O₅ 晶体实现了平均功率为103.1 W的绿光皮秒脉冲输出，光束质量因子1.17，二次谐波转换效率54.3%。