设计制作了直径10英寸Yb:YAG激光晶体生长热场, 改进了单晶炉称重与旋转系统结构, 采用感应加热熔体提拉法结合上称重自动控径技术, 成功生长出了直径252 mm、等径长近260 mm的完整Yb:YAG晶体, 晶坯外观完整, 无开裂。在5 mW绿光激光和20 mW He-Ne激光照射下检测, 晶坯整体无散射。经检测性抛光后, 晶坯选材扇区内光学均匀性较好, 应力分布均匀。选择口径为152 mm×11.5 mm、长为260 mm的板条区域进行测试, 透过波前畸变为0.29λ/inch@633 nm, 表明晶坯具有良好的光学质量, 可以选切加工宽度达到150 mm的大尺寸晶体板条元件。

使用物理气相传输法(PVT)通过扩径技术制备出直径为209 mm的4HSiC单晶，并通过多线切割、研磨和抛光等一系列加工工艺制备出标准8英寸SiC单晶衬底。使用拉曼光谱仪、高分辨X射线衍射仪、光学显微镜、电阻仪、偏光应力仪、面型检测仪、位错检测仪等设备，对8英寸衬底的晶型、结晶质量、微管、电阻率、应力、面型、位错等进行了详细表征。拉曼光谱表明8英寸SiC衬底100%比例面积为单一4H晶型；衬底(004)面的5点X射线摇摆曲线半峰全宽分布在10.44″~11.52″；平均微管密度为0.04 cm-2；平均电阻率为0.020 3 Ω·cm。使用偏光应力仪对8英寸SiC衬底内部应力进行检测表明整片应力分布均匀，且未发现应力集中的区域;翘曲度(Warp)为17.318 μm，弯曲度(Bow)为-3.773 μm。全自动位错密度检测仪对高温熔融KOH刻蚀后的8英寸衬底进行全片扫描，平均总位错密度为3 293 cm-2，其中螺型位错(TSD)密度为81 cm-2，刃型位错(TED)密度为3 074 cm-2，基平面位错(BPD)密度为138 cm-2。结果表明8英寸导电型4HSiC衬底质量优良，同比行业标准达到行业先进水平。

本文使用导模法(EFG)制备了4英寸氧化镓(β-Ga2O3)单晶, 并对晶体物相、结晶质量、缺陷、光学及电学特性进行了研究。晶体不同方向劳厄(Laue)衍射斑点清晰一致, 符合β-Ga2O3衍射特征。晶体(400)面摇摆曲线半峰全宽(FWHM)为57.57″, 通过化学腐蚀获得其腐蚀坑位错密度为1.06×104 cm-2。晶体在紫外截止边为262.1 nm, 对应光学带隙为4.67 eV。通过C-V测试分析获得非故意掺杂晶体中的电子浓度为7.77×1016 cm-3。

采用改进的化学气相沉积技术结合液相掺杂工艺制备了低损耗Bi掺杂高磷石英基光纤, P2O5摩尔分数高达7.2%, 光纤的背景损耗为18 dB/km@1 550 nm。进一步采用1 240 nm的可调谐拉曼激光器泵浦自制Bi掺杂高磷石英基光纤, 在1 355~1 380 nm波段实现净增益, 在1 355 nm波长处的最高增益为5.14 dB。这是国内首次制备出低损耗掺铋高磷石英基光纤, 并基于该掺铋光纤实现了近红外波段的净增益放大。

Cs2LiLaBr6∶Ce(CLLB∶Ce)晶体n/γ双读出闪烁性能优异, 其实用化瓶颈在于大尺寸、高光学质量晶体的生长。本研究采用非化学计量比配比, 避开CLLB∶Ce非一致熔融组分区域, 通过改进研制坩埚下降法晶体生长炉, 并优化温度场和降低坩埚下降速度等晶体生长工艺, 从而克服组分过冷, 保持生长界面稳定, 得到了直径1英寸（1英寸=2.54 cm）的CLLB∶Ce晶体毛坯, 等径透明部分长度达40 mm, 单晶比例由52%提高至79%, 可见光区光学透过率达到70%以上。在137Cs激发下能量分辨率达3.7%, 在252Cf激发下晶体的品质因子达到1.42, 可以很好地甄别中子和γ射线。

为进一步满足当前新型显示技术、航天、航空等领域对大尺寸、高品质蓝宝石材料的需求，本文采用改良泡生法，通过自主研发的蓝宝石晶体生长设备，生长出质量达720 kg的大尺寸、高品质蓝宝石晶体。该晶体可加工成直径640 mm，无气泡和小角度晶界的大尺寸蓝宝石面板。对晶体上、中、下不同位置的品质进行检测分析，得到晶体的位错密度小于475 cm-2，摇摆曲线半高宽（FWHM）小于0.004 6°，在400~4 000 nm波段的透过率大于83%，表明晶体内部的微缺陷得到有效控制，晶片的结晶性能和光学性能极佳，达到了预期。

本文通过自主研发制造新型高温晶体生长炉，并采用热交换-温度梯度法的热场结构，从而克服了高温环境下坩埚污染。调节热场结构并引入循环气，增大了温度梯度并改善了结晶驱动力不足的问题。用热交换-温度梯度法生长了2英寸(1英寸=2.54 cm)级的氧化钪(Sc2O3)晶体，这一结果是目前已知的最大尺寸的倍半氧化物单晶。氧化钪晶体呈现无色透明，外形完整、内部无气泡或其他可观察到的宏观缺陷。尺寸为55 mm×50 mm。其中放肩部分高度15 mm，等径生长部分的高度为40 mm。块状晶体的XRD谱只有(222)与(444)峰，可判定为单晶体，双晶摇摆曲线半高宽(FWHM)为113″,显示较好的结晶性能。

采用半透明的镁银合金阴极成功制备了直流驱动的绿光透明有机电致发光器件, 并在此基础上, 提出利用半透明的镁银合金中间连接层连接两个发光子单元的新型器件结构, 从而成功实现了交流驱动的绿光透明有机电致发光器件。在铟锡氧化物和镁银合金两侧的出光方向上, 器件的光谱完全一致, 最大亮度分别达到1 374 cd/m2和283 cd/m2, 最高效率分别达到26.1 cd/A(8.1 lm/W)和3.5 cd/A(1.7 lm/W), 铟锡氧化物一侧的性能较好是由于铟锡氧化物电极和镁银合金中间连接层的透过率不同形成的。在低频交流电驱动下, 器件的两个发光子单元交替发出绿光; 而在高频交流电驱动下, 由于人眼无法分辨交替点亮时的闪烁, 两个发光子单元对于人眼而言则是同时且稳定地发出绿光。

氟化钙(CaF2)晶体是一种性能优良的光学晶体材料。本研究用坩埚下降法生长了8英寸(20.32 cm)氟化钙单晶, 晶体外观完整, 无开裂及散射等宏观缺陷。定向切割后得到40 mm×6 mm的透明圆柱形晶体毛坯, 对毛坯样品进行二次退火处理后进行研磨抛光得到最终样品。对该系列样品进行紫外可见透过率、光学均匀性、应力双折射等测试。结果显示在200 nm波长处晶体透过率达到90%, 平均应力双折射小于0.5 nm/cm, 光学均匀性达到2.63×10-6。

采用2400 l/mm的平面光栅搭建Littrow外腔压窄半导体激光器输出激光线宽，获得中心波长可调的线宽0.16 nm的半导体激光作为铷蒸气激光的泵浦源。实验中，使用斩波器将泵浦光变为脉宽1 ms，重复频率100 Hz的重复脉冲形式，聚焦进长度为8 mm的铷蒸气泡，泡内充入79 kPa甲烷作为缓冲气体。进入铷蒸气泡的泵浦光峰值功率为1.84 W时，控制铷泡温度在125 ℃，获得了峰值功率17.5 mW的基模线偏振铷激光输出。