1、受激拉曼散射(StimulatedRamanScattering，SRS)是一種三階非線性效應(yīng)，是拓展現(xiàn)有激光波長(zhǎng)的重要方法之一。受激拉曼散射分為斯托克斯(Stokes)拉曼散射和反斯托克斯(anti-Stokes)拉曼散射，拉曼散射光的頻率取決于泵浦光的頻率和由拉曼介質(zhì)決定的拉曼頻移，通過(guò)改變泵浦光波長(zhǎng)和拉曼介質(zhì)，獲得的散射光光譜可遍及紫外到近紅外。與氣體和液體拉曼介質(zhì)相比，固體拉曼介質(zhì)具有體積小、增益高、熱傳導(dǎo)性好、機(jī)械特性好和粒子

2、濃度大等優(yōu)點(diǎn)。斯托克斯拉曼散射不需要相位匹配，且轉(zhuǎn)換效率高，所以近年來(lái)，以晶體作為拉曼介質(zhì)的固體斯托克斯拉曼激光器得到了廣泛的研究。
　　在許多應(yīng)用中，比如激光雷達(dá)、激光測(cè)距等，高能量、高光束質(zhì)量、高光譜純度的拉曼光才能滿足實(shí)際需要。此時(shí)僅靠拉曼激光器很難實(shí)現(xiàn)，拉曼放大器則成為獲得高能量、高光束質(zhì)量、高光譜純度拉曼光的重要手段。首先由拉曼激光器產(chǎn)生滿足要求的拉曼種子光脈沖，然后通過(guò)一級(jí)或多級(jí)拉曼放大器得到高能量拉曼光輸出。與傳統(tǒng)的

3、激光放大器相比，拉曼放大器更難實(shí)現(xiàn);第一，泵浦光必須有足夠高的強(qiáng)度，以保證拉曼光得到充分放大;第二，泵浦光和拉曼種子光必須同時(shí)通過(guò)拉曼晶體，在時(shí)間和空間上要保證高的重合度。到目前為止，以光纖作為拉曼介質(zhì)的拉曼放大器已經(jīng)得到廣泛研究。一般來(lái)說(shuō)，光纖拉曼放大器適合于連續(xù)和低峰值功率拉曼光的產(chǎn)生，而高能量的固態(tài)拉曼放大器僅有少量的研究。
　　為了增加波長(zhǎng)的豐富性，反斯托克斯拉曼激光器的研究也是很有必要的。與斯托克斯拉曼散射不同，反斯托克

4、斯拉曼散射是兩個(gè)泵浦光光子、一個(gè)一階斯托克斯光光子和一個(gè)一階反斯托克斯光光子的四波混頻過(guò)程，所以實(shí)現(xiàn)反斯托克斯激光的有效輸出需要三束光滿足相位匹配條件;同時(shí)反斯托克斯拉曼散射是一個(gè)頻率上轉(zhuǎn)換過(guò)程，轉(zhuǎn)換效率相對(duì)比較低，因此反斯托克斯光的產(chǎn)生比斯托克斯光的產(chǎn)生更有難度。到目前為止，大部分反斯托克斯拉曼激光器的研究是基于氣體拉曼介質(zhì)，以晶體作為拉曼介質(zhì)的反斯托克斯拉曼激光器僅有少量的研究。
　　本論文中，我們主要研究了兩個(gè)方面的內(nèi)容:一

5、是BaWO4拉曼放大器的理論和實(shí)驗(yàn)研究，二是關(guān)于反斯托克斯拉曼激光器的理論和實(shí)驗(yàn)研究。具體的研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.以a切BaWO4晶體作為拉曼介質(zhì)首次實(shí)現(xiàn)了高效的1180nmBaWO4脈沖拉曼放大運(yùn)轉(zhuǎn)。拉曼放大器的泵浦光為氙燈泵浦的被動(dòng)調(diào)Q單縱模激光器產(chǎn)生的1064nm激光，采用脈沖能量分別為8.0mJ，2.0mJ，200μJ和40μJ的拉曼種子光對(duì)拉曼放大器進(jìn)行了研究。泵浦光能量為200mJ，種子光能量為40μJ時(shí)，得到的拉曼

6、放大倍數(shù)為418倍;種子光能量8.0mJ時(shí)，得到的最大拉曼輸出能量71.5mJ。通過(guò)測(cè)量剩余的泵浦光脈沖形狀，觀察到了明顯的泵浦光損耗。
　　2.通過(guò)簡(jiǎn)化外腔式拉曼激光器的輻射傳輸方程得到拉曼放大器的理論模型，已知輸入的泵浦光和拉曼種子光強(qiáng)度的情況下，得到了描述拉曼放大器輸出拉曼光強(qiáng)度的解析解。通過(guò)計(jì)算研究了拉曼放大器的輸出能量、放大倍數(shù)及從泵浦光到放大后拉曼光的光-光轉(zhuǎn)換效率隨泵浦光能量的變化趨勢(shì)。將理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果做了對(duì)比，

7、理論與實(shí)驗(yàn)符合得很好。
　　3.以a切BaWO4晶體作為拉曼介質(zhì)首次實(shí)現(xiàn)了外腔泵浦的BaWO4反斯托克斯拉曼激光運(yùn)轉(zhuǎn)。BaWO4拉曼外腔的光軸相對(duì)于泵浦光的耦合波方向偏轉(zhuǎn)的角度為34.1mrad時(shí)，實(shí)現(xiàn)了泵浦光、一階斯托克斯光和一階反斯托克斯光的相位匹配。泵浦光能量為128mJ時(shí)，得到的968nm反斯托克斯光的能量為2.2mJ，光-光轉(zhuǎn)換效率為1.7％。同時(shí)得到了總能量為42.5mJ的一至三階斯托克斯光的輸出。
　　4.平面

8、波近似下，通過(guò)耦合波方程首次推導(dǎo)出外腔泵浦的反斯托克斯激光器的一階反斯托斯光光強(qiáng)、泵浦光光強(qiáng)和一階斯托克斯光光強(qiáng)之間的關(guān)系式，并首次用外腔拉曼激光器速率方程和推導(dǎo)出的關(guān)系式分析反斯托克斯激光器的性質(zhì)，理論計(jì)算結(jié)果與外腔泵浦的BaWO4反斯托克斯拉曼激光器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。
　　5.以a切SrWO4晶體作為拉曼介質(zhì)，采用1064nm激光外腔泵浦的方式，首次實(shí)現(xiàn)了SrWO4反斯托克斯拉曼激光器運(yùn)轉(zhuǎn)。SrWO4拉曼外腔的光軸相對(duì)于泵浦

9、光的耦合波方向偏轉(zhuǎn)31.3mrad。泵浦光能量為120mJ時(shí)，得到的969nm反斯托克斯光的能量為0.74mJ，光-光轉(zhuǎn)換效率為0.6％。同時(shí)得到了總能量為23.9mJ的一至三階斯托克斯光的輸出。
　　6.以Nd∶YAG作為激光介質(zhì)，以a切BaWO4晶體作為拉曼介質(zhì)，首次實(shí)現(xiàn)了LD側(cè)面泵浦主動(dòng)調(diào)Q的內(nèi)腔式反斯托克斯拉曼激光器在968nm波長(zhǎng)處的運(yùn)轉(zhuǎn)。拉曼耦合腔的光軸與基頻光光軸偏離一個(gè)相位匹配角度，當(dāng)泵浦功率為170W，重復(fù)頻率為

10、7.5kHz時(shí)，得到的最大反斯托克斯功率為0.94mW，最窄脈沖寬度為3.9ns。
　　本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.首次實(shí)現(xiàn)了單縱模1064nm泵浦的高效1180nmBaWO4拉曼放大運(yùn)轉(zhuǎn)。泵浦光能量為200mJ，種子光能量為40μJ時(shí)，得到的拉曼放大倍數(shù)為418倍;種子光能量8.0mJ時(shí)，得到的最大拉曼輸出能量71.5mJ。
　　2.首次實(shí)現(xiàn)了外腔泵浦的BaWO4反斯托克斯拉曼激光運(yùn)轉(zhuǎn)。泵浦光能量為128mJ時(shí)

11、，得到的968nm反斯托克斯光的能量為2.2mJ，光-光轉(zhuǎn)換效率為1.7％。
　　3.平面波近似下，通過(guò)耦合波方程首次推導(dǎo)出外腔泵浦的反斯托克斯激光器中反斯托斯光光強(qiáng)、泵浦光光強(qiáng)和一階斯托克斯光光強(qiáng)之間的四波混頻關(guān)系式。
　　4.首次用外腔拉曼激光器速率方程和推導(dǎo)出的反斯托克斯四波混頻關(guān)系式分析外腔泵浦的反斯托克斯拉曼激光器的性質(zhì)。
　　5.首次實(shí)現(xiàn)了外腔泵浦的SrWO4反斯托克斯拉曼激光運(yùn)轉(zhuǎn)。泵浦光能量為120mJ時(shí)