Nd∶GSAG是重要的942 nm固体激光工作物质，在机载和星载水汽检测中有重要的应用。生长了低浓度Nd∶GSAG晶体，通过与高掺杂浓度Nd∶GSAG、Nd∶YAG进行对比，研究了它的结构、光谱和激光性能。掺杂原子数分数为0.94%的Nd∶GSAG晶体在808.5 nm处的吸收系数为3.79 cm^-1，吸收截面为3.41×10^-20 cm²，⁴F_3/2上能级寿命为275 μs，比掺杂原子数分数为1.20%的Nd∶GSAG晶体高出22 μs。掺杂原子数分数为0.94%的Nd∶GSAG晶体在942 nm和1060 nm处的激光半峰全宽分别为0.53 nm和0.59 nm，比Nd∶YAG在946 nm和1064 nm处的激光半峰全宽0.66 nm和0.64 nm窄，表明其光波单色性更好。掺杂原子数分数为0.94%的Nd∶GSAG在942 nm处的斜效率和光光转换效率分别为5.5%和4.2%，优于Nd∶YAG在946 nm处的斜效率（5.0%）和光光转换效率（3.2%），但在1.06 μm附近低于Nd∶YAG。942 nm处于水汽的吸收波段，上述结果表明Nd∶GSAG的942 nm波段激光有望成为水汽检测的优良光源。

YAG晶体在光电子领域有着重要的应用，晶体生长的缺陷控制是需要解决的瓶颈问题。本工作研究了缩颈和无缩颈提拉法生长的YAG晶体的位错形貌及密度分布，通过对YAG晶体进行抛光、浓磷酸位错腐蚀和金相显微镜分析研究，发现YAG晶体的头部位错密度最大，等径处的位错密度最小，延伸至收尾处位错密度略升高，缩颈结束收细直径的地方位错密度显著降低；分析了不同晶向的YAG位错腐蚀坑形貌，由表面模型计算了YAG各晶面的表面能，结果表明：YAG晶体位错蚀坑相对稳定的外露面为(110)和(112)面。通过极射投影图进一步说明了(110)和(112)面的稳定性及其与晶面的位置关系是决定位错腐蚀坑形貌的重要原因。

YAG晶体是一种典型硬脆材料，莫氏硬度达8.5，常温下不溶于任何酸碱，加工难度较大。针对YAG晶体研磨加工，本工作提出一种分步研磨工艺。基于游离磨料研磨的方法，在研磨过程中逐级减小碳化硼(B4C)磨料粒径，选用磨料W40、磨料W28、磨料W14、磨料W7分步骤研磨，4种磨料的粒度范围依次为：40～28 μm、28～20 μm、14～10 μm、7～5 μm。通过研磨参数试验研究了每个步骤中研磨压力、研磨盘和摆轴转速、研磨液中B4C质量分数等参数对研磨效果的影响，得出最佳研磨参数；通过截面显微法测量出YAG晶体研磨后亚表面损伤的深度，确定后续抛光去除量，并探究了亚表面损伤深度hSSD与研磨后表面粗糙度Ra的关系。研究表明：当研磨压力为44.54 kPa、研磨盘和摆轴转速为60 r/min、研磨液中B4C质量分数为15%时，每个研磨步骤均取得最好研磨效果：磨料W40、磨料W28、磨料W14、磨料W7研磨的材料去除率分别为83.12、57.32、27.54、9.53 μm/min，研磨后表面粗糙度Ra分别为0.763、0.489、0.264、0.142 μm。截面显微法测量得出分步研磨后产生的亚表面损伤深度为3.041 μm，需要在后续抛光中去除; 此研磨参数下YAG晶体研磨后亚表面损伤深度与表面粗糙度的关系为：hSSD=41.46×Ra4/3，该研究可为YAG晶体元件的实际加工生产提供指导。

采用提拉法生长了质量优良的Yb∶GdScO₃晶体，对样品的X射线粉末衍射进行了Rietveld精修，给出了晶体计算密度及掺杂浓度。Yb³⁺的有效分凝系数计算为1.04。室温下测量了其吸收光谱、发射光谱和荧光寿命，首次计算了GdScO₃基质中Yb³⁺的吸收、发射振子强度、谱线强度、跃迁概率、能级寿命和积分发射截面等重要光谱参数，对其激光性能进行了初步评估。结果表明，Yb∶GdScO₃易于输出1 030 nm和1 060 nm波段附近的激光，而对于1 000 nm附近的激光输出则只有在高粒子数反转情况下才可能实现。

GdTaO4和LuTaO4是具有快发光衰减的新型重闪烁体。采用全谱拟合方法拟合了808 nm 激光二极管(LD)激发的M相Nd∶GdTaO4和M′相Nd∶LuTaO4的光致发光谱, 给出了它们的跃迁强度参数Akt,p。在808 nm 激光激发下, GdTaO4中Nd3+离子4F3/2能级的上下两个晶场子能级的粒子布居数比例接近1, 而在Nd∶LuTaO4中则为1.30、1.41, 表明在808 nm激光激发下, Nd3+的4F3/2两个晶场子能级间的无辐射弛豫速率与激发速率相近。通过给出的跃迁强度参数Akt, p计算了Judd-Ofelt跃迁强度参数Ωt, 计算了Nd3+在GdTaO4、LuTaO4中的2P3/2跃迁几率, 表明GdTaO4和LuTaO4中Nd3+的数百纳秒发光跃迁是由高的无辐射跃迁几率导致的快发光衰减。

大尺寸 YAG 晶体的生长不可避免地会出现各种缺陷, 位错是晶体中主要的缺陷之一。位错会产生应力双折射, 降低晶体的光学均匀性, 增大损耗、缩短使用寿命等, 因此生长出无位错或低位错 YAG 晶体对发展高效率固体激光器具有重要意义。本文综述了近四十年来国内外对于 YAG 晶体的位错研究状况，总结了化学腐蚀法、缀饰法、同步辐射法、应力双折射法、X 射线透射形貌术、光散射层貌术等在位错方面的研究以及 TEM、SEM 等方法在 YAG 位错研究上的应用, 并对晶体生长工艺对晶体内部位错密度与分布的影响进行了介绍, 为大尺寸、高品质 YAG 激光晶体的制备和位错研究提供了参考。

针对目前普遍存在的难以准确测定晶体组分的问题, 提出一种以 YAG 晶体为标样、采用 X 射线荧光光谱分析法准确测定晶体组分的方法。测试样品分别为纯 YAG 晶体、生长原料掺杂浓度 1.2 at% 和 2.0 at% Yb:YAG 晶体, 采用 X 射线荧光光谱分析法, 对不同浓度的 Yb:YAG 晶体的组分进行了无损、快速、准确的测定。以纯 YAG 晶体作为标准样品, 标定主成分的含量, 大幅提高了检测结果的准确度, 主成分 Y3+ 和 Al3+ 的测试误差小于 1%、掺杂 Yb3+ 的 测试误差小于 5%。通过晶体放肩初始部位 Yb3+ 的浓度测定结果, 计算出 Yb3+ 在两种待测晶体中的分凝系数分别为 1.025 和 1.045, 接近于 1, 有利于实现 Yb:YAG 晶体的高浓度掺杂以及优质晶体 生长。2.0 at% Yb:YAG 晶体的首尾掺杂浓度差小于 5%, 说明晶体等径部分掺杂浓度均匀性高。

随着光通信和高功率激光技术等领域的发展，磁光隔离器得到了越来越广泛的研究和应用，推动了磁光材料尤其是磁光晶体的发展。目前已经发展了多 种新型磁光晶体，同时为了满足大功率激光的需求，需要不断提高磁光晶体尺寸和光学品质。本文首先介绍了法拉第磁光效应及应用，然后介绍了稀土正铁氧 体、稀土钼酸盐、含铽铌酸盐、钇铁石榴石、含铽石榴石磁光晶体及部分种类磁光陶瓷的研究进展，最后对磁光晶体的未来进行了展望。