皮秒激光作为超快激光,在非线性光学研究领域具有重要的作用。通过皮秒激光泵浦的受激拉曼散射效应可以产生宽谱段皮秒激光。宽谱段激光被广泛应用于卫星激光测距,光学显微,相干光谱探测以及国防应用方向等。这些领域对宽谱段激光具有不同的要求:在满足激光光谱覆盖的前提下,应尽可能提高激光光源的平均输出功率,提高宽谱段激光输出的同轴传输特性,提高激光的光束质量,同时,光源的集成性也应尽量提高,以适合某些在对空间尺寸有要求的场合使用。通常可以通过级联受激拉曼散射技术实现宽谱段的激光输出。目前,利用腔外泵浦级联受激拉曼散射过程是产生高平均功率宽谱段激光光源的方式之一。但是在皮秒激光泵浦条件下,级联受激拉曼散射过程的转换效率较低,为提高皮秒激光泵浦受激拉曼散射过程的转化效率,一般采用同步泵浦技术。此外,受激拉曼散射过程输出激光的最高输出功率受到四波混频效应,激光热效应和自聚焦效应的限制。虽然可以通过同步泵浦技术提高拉曼转换效率,但是较长的同步匹配腔在增大了衍射损耗的同时,也限制了光源的集成性。本文在结合了级联受激拉曼散射效应,皮秒激光同步泵浦技术以及四波混频技术,研发了脉冲串同步泵浦技术,获得了宽谱段,高平均功率,皮秒同轴输出的激光光源。同时,结合实验结果,分析了限制输出激光平均功率和光谱覆盖范围的因素,利用高效的拉曼谐振腔,得到了平均功率为瓦级,输出光谱覆盖532nm-935nm的输出。本文首先描述了利用拉曼散射效应研制的全固态拉曼激光器在各个领域的应用优势,并对各种类型拉曼激光器的特性进行了对比,对国内外在受激拉曼散射效应的理论研究与工程实现两个方面的发展现状进行了介绍。从光的粒子性与波动性两个方面介绍了自发拉曼散射效应与受激拉曼散射效应的区别,并利用耦合方程对级联受激拉曼散射效应进行了数值模拟,针对实验中将要研究的拉曼晶体,计算得到了较为理想的理论泵浦强度;对影响受激拉曼散射效应的几种过程进行介绍,为后续受激拉曼散射实验提供理论支撑。描述了受激拉曼散射实验常用的拉曼晶体,对比了典型拉曼晶体在皮秒激光泵浦条件下的优势,为后续受激拉曼散射实验提供较好特性的拉曼晶体。为研究脉冲串泵浦条件下的级联受激拉曼散射阈值特性,分别从脉冲根数和脉冲间隔两个方面进行了实验研究,为后续级联受激拉曼散射实验挑选合适的泵浦参数。进行了皮秒脉冲串单通级联受激拉曼散射实验,研究了在高功率皮秒激光泵浦条件下的拉曼环的角度分布特性,从理论上研究了产生拉曼环的原因,计算了拉曼环的理论角度分布,分析了实验与理论之间的误差,在此基础上,计算了四波混频效应的匹配角度,并进行了anti-Stokes光产生实验,得到了最高5mW的一阶anti-Stokes光,并得到1mW的二阶anti-Stokes光,对限制反一阶Stokes光输出功率的因素进行了分析。描述了同步泵浦技术,并利用皮秒脉冲串激光泵浦实现了同步泵浦级联受激拉曼散射过程,输出了5阶Stokes光,270mW的皮秒同轴光源;从实验结果分析了影响谐振腔输出功率和输出波段的因素,通过优化输入镜和输出镜的曲率半径和光谱透过率特性,得到了最高2.2W,光谱覆盖532nm-935nm,实现了受激拉曼散射过程的九阶Stokes光的输出,这也是目前为止通过皮秒同步泵浦技术得到的最高阶同轴Stokes光输出。同时为了提高输出激光的光谱密度,进行了多模式受激拉曼散射实验,对比了两种得到多模式受激拉曼散射实验的方法,并得到了最多16条谱线的输出,并对多模式受激拉曼散射效应实验进行了分析,说明了影响多模式受激拉曼散射效应转换效率的因素。最后,对受激拉曼散射实验中观察到的寄生过程进行了研究,为了证明晶体中可能存在掺杂物质,对晶体分别进行了X射线衍射检测和Raman荧光光谱检测,提出了可能产生奇异光谱的物理过程,对高功率泵浦条件的皮秒级联受激拉曼散射实验中对拉曼晶体的要求提出了建议。