高功率激光作为重要的工具,在工业制造、空间探测和国防领域有着不可替代的作用。在实现高功率运转的同时,获得高亮度、窄线宽以及不同波长的光束输出同样是衡量激光器性能的重要指标,亦是人们一直致力的研究方向。然而,受限于激光工作物质的热负载能力,随着泵浦功率的提高工作物质内部加剧的热效应往往会导致激光光束质量的恶化,从而影响输出光束的亮度。这些负面效应限制了高功率激光器在诸如定向能、空间探测等需要激光长程传输领域的应用。获得特定波段的激光输出对高功率激光器的应用也至关重要,如具有人眼安全和大气窗口特性的1.5μm波段激光在雷达、遥感等领域发挥出色的作用。布里渊激光器是获得窄线宽、低噪声激光输出的重要技术手段,为了便于满足布里渊振荡器的工作条件,目前报道的布里渊激光均采用微腔及波导型结构,这极大的限制了布里渊激光器的工作波长和输出功率。另外,具有频率间隔在10 GHz量级的布里渊频率梳在光谱学和微波光子学领域有着广阔的应用前景,但由于其产生方式也均为微腔及波导型结构,因此可获得的输出功率也受到严重制约。金刚石具有极高的热导率、宽光谱透过范围和高拉曼增益系数,因此金刚石拉曼激光器在包括紫外、可见光至红外波段的脉冲及高功率连续泵浦情况下均有着出色的表现。此外,金刚石同时具有的高声波传播速度和宽带隙,这使得使金刚石有很大潜力能够作为布里渊增益介质、并大幅提高现阶段布里渊器件的性能。本论文利用金刚石作为拉曼和布里渊增益介质,获得了高功率泵浦拉曼激光器的大尺度亮度增强,并获得了自由空间光布里渊激光和布里渊频率梳输出。1、论述了金刚石拉曼激光器、高功率1.5μm波段激光器、布里渊激光器及布里渊光学频率梳的研究现状,对比了金刚石拉曼激光器与其他类型拉曼激光器的输出功率及工作特性,并讨论了不同布里渊增益介质的特性。2、分析了金刚石的光学和热性能,并从受激拉曼散射和受激布里渊散射理论模型入手,讨论了影响金刚石拉曼激光器和布里渊激光器性能的参数以及实验设计方法。3、利用一台光束质量因子在1.5–7.3范围可调的准连续Nd:YAG激光器作为泵浦源,通过外腔金刚石拉曼激光器获得了近衍射极限的Stokes光输出,其最高实时输出功率为390 W、最高亮度增强因子达12.7。建立了稳态拉曼模型对泵浦光光束进一步恶化时的阈值、Stokes光功率以及亮度增强特性进行了分析和预测。4、利用光束质量恶化的准连续Nd:YAG激光作为泵浦源,在级联金刚石拉曼激光器中获得了功率302 W、亮度增强因子高达6.0的近衍射极限1.5μm波段激光输出。为获得更高的转换效率和亮度增强因子,通过稳态级联拉曼模型计算,提出了优化级联金刚石拉曼激光器设计的方案。该结果为级联金刚石拉曼激光器实现其他波长的高功率的激光输出提供了新的技术路径。5、利用激光直接泵浦高精细度的线性金刚石拉曼振荡器实现了布里渊激光的输出,并在金刚石中获得了布里渊频率梳,其频率线数量高达19阶次。以金刚石作为增益介质,通过主动锁定技术在单频激光泵浦的功率增强环形腔中获得了空间结构的布里渊激光,并测得了金刚石布里渊增益系数。提出了一种基于腔长调谐的布里渊增益线宽测量技术,实现了金刚石布里渊增益线宽的测量。结果显示金刚石有潜力在未来实现高功率、宽的波长范围和高的声学频率的布里渊器件中发挥巨大作用。