采用熔体提拉法, 通过设计合理的晶体生长温场结构和优化生长气氛等, 有效抑制了镓挥发, 结合原料预处理及缩颈等工艺, 成功生长出了高质量的 直径 3 英寸 Gd3Ga5O12(GGG) 晶体。对其晶体结构、结晶质量、位错形貌及透过光谱等进行了详细研究。X 射线粉末衍射 (XRD) 表明该晶体为单相且晶格常数为 1.2379 nm; (111) 结晶面的 X 射线摇摆曲线 (XRC) 显示晶体具有较好的结晶质量; 原子力显微镜 (AFM) 测量晶体 (111) 抛光片的表面粗糙度约为 0.203 nm; 观察分析了晶体 (111) 结晶面的位错腐蚀坑, 位错密度为 28～85 个/cm2; 透过光谱显示晶体具有较宽的透光波段, 并拟合出了塞米尔方程系数。结果表明生长的三英寸 GGG 晶体可以作为磁光外延膜的衬底材料和激光基质, 并且较大的尺寸能够有效提高晶体使用的取材效率和一致性。

研究了b轴10 at.% Er∶YAP晶体的偏振吸收和输出特性以及多波长激光运转特性。 首次测量了Er∶YAP晶体的偏振吸收光谱, 结果显示晶体对偏振方向平行于a轴和c轴的偏振光在4I11/2能级对应的吸收峰附近的最大吸收系数分别为4.606 3 cm-1 (975.2 nm处)和2.936 6 cm-1(967.6 nm处), 因此选择合适波长的线偏振光作为泵浦光有利于提高晶体对泵浦光的吸收效率, 从而改善激光性能; 在氙灯泵浦的激光实验中, 自由运转条件下实现了2 710, 2 728, 2 795和2 918 nm等4条谱线的激光输出, 并分别研究了各谱线的偏振特性和起振的阈值特性。 通过在谐振腔内加JGS石英片、 云母片、 K9镜片等选择性吸收片分别实现了2 918 nm单波长, 2 710, 2 821, 2 837和2 862 nm等四波长和2 710 nm单波长的激光输出。 测量了自由运转和不同选择性吸收片条件下的激光光谱, 并与不同选择性吸收片的透过谱及之前报道的荧光光谱进行对照分析, 证明通过调节谐振腔能够对Er∶YAP晶体中的起振谱线进行选择。 偏振激光实验结果表明除谱线2 918 nm是偏振方向平行于a轴的线偏振光, 谱线2 728 nm有时是偏振方向平行于c轴的线偏振光, 有时又是偏振椭圆长轴平行于YAP晶体a轴的部分偏振光外, 谱线2 710和2 795, 2 821, 2 837和2 862 nm均为偏振方向平行于c轴的线偏振光; 在LD端面泵浦条件下, 得到2 710, 2 728, 2 750和2 795 nm四条谱线的激光输出, 其中谱线2 750 nm首次在Er∶YAP晶体中实现激光输出, 这四条谱线均为偏振方向平行于晶体c轴的线偏振光; 此外, 首次测量了该晶体在8 K低温下的吸收光谱, 利用Gauss函数对光谱进行分峰拟合, 根据拟合结果对激光上下能级各斯塔克子能级进行了能级指认, 并结合Er∶YAP晶体激光光谱、 荧光光谱对可能的谱线跃迁进行了辨认。 Er∶YAP晶体偏振特性和多波长讥光运转特性的研究以及对后续Er∶YAP晶体调Q等技术的实现和电光调Q晶体的选择具有一定的指导意义。

采用氙灯抽运研究了原子数分数为10%的Er ³⁺掺杂的YAP晶体在2.7~3 μm波段的激光性能,使用3种不同透射率的输出镜,实现了最大输出能量为1173 mJ@1 Hz、1284 mJ@5 Hz、495 mJ@10 Hz、104 mJ@20 Hz的激光输出,对应的斜率效率分别为0.80%、0.99%、0.84%和0.44%。当重复频率为5 Hz,透射率为15%时,该晶体具有最大的输出能量和激光效率,相应的平均输出功率达到了6.42 W,约是目前已报道最好结果的4倍。测量了不同输入功率下Er∶YAP激光的光束质量,随着输入功率的增加,其光束质量逐渐下降。在输出激光中观察到了波长分别为2710,2728,2795,2918 nm的4条激光谱线。因此,Er∶YAP晶体可以实现优良的多波长中红外激光输出。

采用提拉法成功生长出了高光学质量的Tm,Ho:LuAG(Lu3Al5O12)激光晶体，对其光谱性能进行了研究。测量了晶体320~3000 nm范围内的吸收光谱，在784 nm附近有较宽的吸收带,半峰全宽约为12 nm。用784 nm半导体激光器(LD)作激发源，测量了晶体2800~3000 nm范围内的稳态荧光光谱，并用光参量振荡(OPO)脉冲激光激发，测量了晶体的瞬态荧光光谱，对数据曲线进行指数衰减拟合，获得了晶体2.9 μm附近波长激光上下能级5I6和5I7的寿命,分别为51 μs和7.5 ms。与Tm,HoYAG（Y3Al5O12）晶体的光谱参数进行了比较，结果表明，Tm,Ho:LuAG是一种相对容易获得2.911 μm中红外激光输出的激光晶体。