氟化铽锂(LTF)晶体具有大的维尔德常数、低的吸收系数，是一种性能优良的磁光晶体材料，适合用作高功率、大能量激光系统用磁光器件的磁光材料。本文以高纯TbF3和LiF为原料，采用电阻加热提拉法，在Ar气和CF4混合气体保护下，成功生长出了直径达2英寸的大尺寸LTF晶体。该晶坯外观完整，具有良好的光学均匀性和较低的残留应力，He-Ne激光照射下无肉眼可见散射颗粒。该晶体还加工出了直径为10 mm的LTF晶体元件，测试其单程损耗系数、消光比、透过波前畸变和弱吸收系数等参数，结果表明生长的LTF晶体具有良好的光学质量，其维尔德常数约为市售商用TGG晶体的98%。

采用感应加热提拉法，通过改进热场、更换原料、二次熔接生长，直接生长出了直径大于40 mm的Tm∶YAP/YAP复合晶体毛坯。复合晶坯等径部分YAP段长21 mm，Tm∶YAP段长44 mm，晶坯外观完整，具有良好的光学均匀性和均匀的应力分布。绿光激光和He-Ne激光照射下，晶坯复合界面无散射、无气泡。复合界面两侧干涉条纹基本连续，透过波前差异小。从复合晶坯上加工出了直径5 mm、总长30 mm、端头不掺杂YAP晶体长4 mm的单端Tm∶YAP复合晶体元件，其光学质量优异。在1 940 nm固体激光器上采用激光二极管单端泵浦进行了激光性能测试，在泵浦注入功率为117.7 W条件下实现了42.8 W激光输出，输出功率、转换效率和光斑质量均优于非复合激光晶体。

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。

定量分析气孔大小和气孔率对陶瓷激光输出性能的影响，建立了气孔分布模型并结合Mie散射和固体激光技术相关理论，讨论气孔散射对陶瓷激光透过率和输出性能的影响。结果表明，气孔率对激光陶瓷的透过率和斜率效率有着决定性的影响。在给定的气孔尺寸分布下，气孔率越高，陶瓷透过率和激光斜率效率越低; 在给定的气孔率下，气孔中心尺寸越大，陶瓷样品的透过率和激光斜率效率越低。减小气孔尺寸至0.3 μm以下能有效提高激光斜率效率。气孔越大，激光阈值随气孔率增大而上升越快，越不利于实现激光输出。在实际工作中，改进和控制工艺减小气孔尺寸对提高陶瓷的输出性能同样有着重要意义。

为了定量分析激光陶瓷中散射损耗对其透过率的影响，通过建立气孔尺寸分布模型，引入第二相体积比概念，并结合Mie散射、瑞利散射和全散射积分等理论，讨论了激光陶瓷中气孔、晶界第二相和表面粗糙度等引起的散射损耗对激光陶瓷透光性能的影响。研究结果表明：气孔率的大小将明显影响陶瓷透过率，且气孔尺寸分布决定了透过率包络的变化趋势；晶界和表面散射对透过率的影响主要集中在短波长处；在气孔率较低情况下，晶界第二相的存在是导致短波长处透过率急剧降低的主要因素。

研究了影响激光透明陶瓷透光性能的主要因素，讨论了陶瓷内部气孔和杂质颗粒等散射粒子、晶界结构中晶界折射率与晶粒折射率的差异以及晶界表面粗糙度等因素对陶瓷透光性能的影响，并定量分析了激光陶瓷透过率随气孔尺寸、气孔率、晶粒相对晶界折射率以及晶界表面粗糙度的变化关系。结果表明： 陶瓷的透过率随着气孔率的减小而增大，但透过率随气孔尺寸的增大而呈现出周期性振荡，且当气孔尺寸与入射光波长可比拟时，陶瓷的透过率会明显降低;在晶界结构中，晶界的折射率与晶粒的折射率相差越小，陶瓷的透过率就越高；晶界表面粗糙度越大，透过率越低。然而，晶界折射率不同于晶粒折射率,这使得其陶瓷透过率降低的程度比对晶界表面粗糙度的影响明显得多。在陶瓷制备过程中，需要重点排除尺寸与入射波长可比拟的气孔， 以抑制晶界结构中第二相的产生。

本文对Cr4+:YAG 被动调Q Nd:YAG 陶瓷激光器的输出特性进行了理论和实验研究。在相同泵浦功率和不同输出耦合透过率条件下,实验测量了被动调Q 陶瓷激光器的输出激光重复频率、平均输出功率以及单脉冲能量,并与理论计算结果进行了比较。研究结果表明,随着输出耦合透过率的增加,输出激光重复频率单调减小,而平均输出功率及单脉冲能量则呈现出先增加后减小的变化趋势,只是平均输出功率及单脉冲能量所对应的最佳输出耦合透过率会有所不同。

采用提拉法生长了b轴方向的掺铥铝酸钇(Tm∶YAP)晶体，晶体尺寸为Φ(40～50) mm×(80～100) mm，其中部分晶体有开裂和云层等宏观缺陷。通过分光光度计测量了晶体吸收光谱。分析了晶体真空退火前后的吸收光谱和着色等变化，并根据吸收系数变化计算了晶体分凝系数、浓度和吸收截面等参数。

用于固体热容激光器(SSHCL)技术的掺钕钆镓石榴石(Nd:GGG)晶体要求有较大的尺寸和较高的光学质量,平界面生长是获得大尺寸和高质量Nd:GGG晶体的主要途径。采用自动控制晶体直径的单晶炉和平界面生长技术生长大尺寸Nd:GGG晶体,获得了直径75 mm,等径长60 mm以上无散射颗粒、光学均匀性好的Nd:GGG晶体。

采用中频感应加热提拉法(Cz)生长晶体,研究了直径φ80 mm Nd:YAG晶体生长的设备条件、温场装置和生长参量,对长晶过程中出现的放肩和转肩阶段晶体开裂原因进行了分析,并采取了相应的改进措施,获得了直径φ80 mm等径长度200mm质量良好的Nd:YAG晶体.