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。

采用紧凑的直腔设计和精确的膜系设计，实现了LD侧面泵浦1 110 nm Nd：GGG和腔内倍频的555 nm激光。当泵浦功率为168 W时，得到了25.5 W的1110 nm连续激光输出。在10 kHz的声光调Q情况下，应用II类非临界相位匹配LiB3O5(LBO)倍频晶体，得到了最大输出功率为3.1 W的555 nm倍频光输出，光-光转换效率为1.8 %，相应的脉冲宽度为176 ns，在水平和竖直方向上的M2因子分别为19.6和21.3。

为了研究激光二极管端面抽运掺钕钆镓石榴石Nd∶GGG激光器的热效应, 采用实验测量与理论计算结合的方法, 进行了激光器的连续运转, 测量了激光器的热焦距、本征损耗和热损耗。结果表明, 采用凹-平腔结构, 当抽运功率为28.8W时, 得到最大连续波输出功率为13.2W, 对应最大斜效率为51.5%, 光光转换效率为49.5%, Nd∶GGG晶体的本征损耗测量值为0.86%/cm; 测量结果与理论计算吻合得很好。所得结果为LD抽运Nd∶GGG激光器的进一步设计优化提供了实验和理论依据。

为了研究矩形晶体Nd∶GGG受到具有高斯分布激光双侧错位抽运时，激光晶体内部温度场和热形变分布情况，采用以各向异性半解析热分析为基础的方法进行了研究。当用输出功率分别都为300W从Nd∶GGG晶体两侧面错位中心抽运时，高斯半径为9.00mm，最高温度出现在前抽运面，晶体内最大温度为309.73℃；分析了激光晶体工作的特点，建立了符合激光晶体的热模型，得出了矩形Nd∶GGG激光晶体温度场和热形变场通解表达式。结果表明，当侧面错位抽运长方体Nd∶GGG晶体10s时，最大热形变量为28.97μm，最大光程差为13.02μm；停止抽运200s时，晶体最高温升下降到1.01%。该研究结果为LD双侧抽运热容激光器的优化设计提供了理论依据。

为了研究长方体型Nd∶GGG热容激光晶体的热效应，通过对激光晶体工作特点的分析，采用半解析各向异性热分析方法，建立了符合实际工作状态热模型，对长方体型Nd∶GGG热容激光晶体进行了热分析，得到了激光晶体抽运阶段和冷却阶段晶体内部温度场计算公式，定量分析了晶体宽度和厚度对温度场的影响。结果表明，当使用输出功率为8100W、脉冲频率500Hz、脉冲宽度0.2ms的LD抽运晶体4s时，抽运面中心最高温升为169.1℃;停止抽运120s时，晶体最高温升下降到0.97%。所得结果为热容激光器的优化设计提供了理论依据。

测试了Nd3+:GGG单晶在可见和近红外波段的吸收光谱，并分析指认了它的实验能级，通过从头计算的DV-Xα方法计算得到了它的晶体场参数和旋轨耦合参数。 用Nd3+:GGG在77 K和300 K的156个、88个实验能级，拟合了它的自由离子参数和晶体场参数，均方根误差(即拟合精度)σ分别为15.79 cm-1和 11.48 cm-1。结果表明晶体场参数的拟合结果和从头计算值符合的很好。最后比较了拟合得到的Nd3+:GGG和已报道Nd3+:YAG 的自由离子参数和晶体场参数。

掺钕钆镓石榴石(Nd3+∶Gd3Ga5O12, 简称Nd∶GGG)激光晶体是固体热容激光器的首选工作物质。 采用提拉法生长了Nd∶GGG晶体, 测试了晶体的吸收及荧光光谱, 并利用J-O理论计算了晶体的吸收及发射截面、 强度参数、 辐射跃迁概率、 荧光分支比、 荧光寿命等光谱参数。 吸收光谱测试及计算结果发现, Nd∶GGG晶体的最强吸收峰位于808 nm附近, 主峰808 nm的吸收截面积σabs=4.35×10-20 cm2, 吸收线宽FWHM为8 nm, 并且吸收峰强度随掺杂离子浓度的增加而增加。 荧光光谱测试及计算结果表明, 晶体的最强荧光发射峰位于1 062 nm附近, 是Nd3+的4F3/2-4I11/2能级跃迁产生的荧光发射。 主发射峰1 062 nm辐射跃迁概率AJJ′=1 832.01 s-1, 荧光分支比βJJ＝45.07％, 荧光寿命τ＝250 μs, 受激发射截面σ(λ)=21.58×10-20 cm2, 较大的荧光分支比和受激发射截面易实现4F3/2-4I11/2通道的激光运转。

设计了高功率固体热容激光器实验装置.采用二极管阵列泵浦Nd:GGG晶体腔内串联的方式,对激光器的输出特性进行了实验研究,得到输出平均功率8.7 kW,光先效率20%.获得了增益介质内的荧光分布,利用干涉测量法测量干涉条纹表征增益介质受热后折射率变化造成的畸变.

为了研究Nd∶GGG激光晶体圆盘在热容运行模式下的温度场分布及变化问题，根据实际情况建立物理模型进行了分析。从热传导微分方程出发，通过格林函数法求得激光器工作、冷却阶段晶体内部温度场的解析解，在一定程度上可以反映温度场的变化情况。数值计算了矩形LD光斑尺寸3cm，泵浦功率8100W、脉冲频率500Hz、脉冲宽度0．2ms条件下泵浦4s后圆盘的温度场以及变化曲线，得到4s末的最大应力已经达到晶体断裂极限的47%。采用280K、290K的温度分别对圆盘进行背面冷却时，需要60～70s左右的冷却时间；当采用280K对圆盘进行背面和侧面同时冷却时，冷却时间缩短到30s左右。

介绍了荧光寿命的测试原理。设计了荧光寿命测试系统。利用脉冲取样技术测试了Nd∶GGG晶体的荧光寿命，约为250μs。采用英国的荧光光谱仪，在室温条件下，用波长为488nm的Ar离子激光器激发Nd∶GGG晶体，获得了Nd：GGG晶体的荧光光谱，计算出的Nd∶GGG晶体的受激发射截面σ(λ)为21.57×10^－20cm²。