高功率激光在材料加工、遥感测距、医疗以及国防军工等领域有着广阔的应用前景。金刚石晶体具有极高的热导率、宽的透射谱,因而,基于金刚石的拉曼激光器,是获取高功率激光的极具潜力的技术手段。金刚石的单程拉曼增益相对较低,因而实现激光振荡的阈值较高。本文围绕金刚石晶体拉曼激光器开展了初步的理论与实验研究。所取得的主要研究成果如下:(1)基于稳态数值仿真模型,研究了影响金刚石拉曼激光器功率特性的关键参数和抑制二阶拉曼以及受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)的技术手段。仿真结果表明,随着泵浦功率的提升,通过增加输出耦合、缩短晶体长度以及优化光束匹配,可实现输出功率的最大化。此外,通过降低腔镜对一阶、二阶拉曼光的反射率,可有效抑制二阶拉曼光振荡。同时,基于数值计算,提出采用增加输出耦合来抑制晶体内受激布里渊散射的方案。(2)建立了高功率窄线宽光纤放大器泵浦源,开展了连续波以及准连续金刚石拉曼激光器实验研究。首先基于光纤激光技术,获得了峰值功率517 W、3 dB线宽0.11nm、重复频率10 Hz、脉冲宽度1 ms的1064 nm泵浦激光输出。目前,金刚石拉曼激光器尚未实现出光,主要原因在于金刚石晶体对腔内振荡信号光的高损耗。因此,后续将通过优化晶体镀膜特性的方法来力求实现金刚石拉曼激光器的出光。(3)提出并实验验证了基于二次同步泵浦结构降低飞秒金刚石拉曼激光器出光阈值,进而提高输出功率的技术方案。相比单次泵浦,实现了阈值泵浦功率的下降以及输出功率的提升。实验中,利用飞秒光纤放大器作为泵浦源,获得了功率近4 W的1.2μm波段拉曼光输出,这是目前报道的最高功率的飞秒金刚石拉曼激光器。