钇铝石榴石（YAG）晶体是制造固体激光器的重要材料，超精密磨削是加工YAG晶体等硬脆材料零件的重要方法，研究硬脆材料加工表面的微观变形、脆塑转变机理对超精密磨削加工具有重要的指导作用。为了实现YAG晶体低损伤磨削加工，获得高质量表面，基于弹塑性接触理论和压痕断裂力学，通过分析单磨粒划擦作用下材料表面的变形过程，考虑材料的弹性回复、微观下力学性能的尺寸效应，建立了脆塑转变临界深度的预测模型，并计算得到YAG晶体的脆塑转变临界深度为66.7 nm。在此基础上，通过不同粒度砂轮超精密磨削YAG晶体试验对建立的脆塑转变临界深度预测模型进行验证，并计算不同粒度砂轮在相应工艺条件下的磨粒切深。结果表明，磨粒切深高于脆塑转变临界深度时，YAG晶体磨削表面材料以脆性方式被去除，磨削表面损伤严重；磨粒切深低于脆塑转变临界深度时，磨削表面材料以塑性方式被去除，能够获得高质量磨削表面，加工表面粗糙度达到1 nm。建立的脆塑转变临界深度预测模型能够为YAG晶体的低损伤超精密磨削加工提供理论指导。

报道了基于KTA晶体671 cm⁻¹和234 cm⁻¹频移的LD端面抽运被动调Q级联拉曼激光器。采用Nd:YAG/Cr ⁴⁺:YAG复合晶体产生被动调Q的脉冲基频激光来驱动KTA晶体，研究了不同入射抽运功率下级联拉曼激光的输出功率、光谱和脉冲特性。随着抽运功率的增加，输出激光波长从以671 cm⁻¹和234 cm⁻¹频移级联拉曼的1178 nm单波长过渡到与1212 nm同时输出的双波长。在10.05 W的入射抽运功率下，获得了280 mW平均输出功率，6.2%转化效率的双波长激光。对应的脉冲宽度和重复频率分别为1.2 ns和10.3 kHz，单脉冲能量和峰值功率分别为27.2 μJ和22.7 kW。结果表明：基于KTA两个相当增益强度的频移，结合腔镜镀膜控制可以获得丰富的斯托克斯激光波长。

设计研制了波长为1 064 nm的半导体激光器泵浦单频Nd∶YAG激光振荡及功率放大系统。仿真分析了激光晶体的端面温度分布，采用低掺杂浓度激光晶体和端面键合方式有效改善了晶体棒的端面热效应。激光振荡级采用环形腔内插入法拉第旋光器、偏振片、半波片和声光Q开关的方式，在重复频率25 Hz下获得了能量2.18 mJ、脉冲宽度63.2 ns的单向单频脉冲激光输出。经过一级放大后，最终获得了能量15.85 mJ、脉冲宽度62.7 ns的单频脉冲激光输出。

为满足固体激光器的应用需求, 研究人员不断改进YAG激光晶体生长技术, 其中控制 YAG中的缺陷结构对于晶体的生长尤为重要。本工作对提拉法两种工艺制备的晶体样品进行了缺陷研究, 特别是晶体散射点的起源。正电子湮没技术是一种对材料微观结构十分灵敏且有效的核物理技术分析表征手段, 对空位缺陷、微孔等极为敏感。根据正电子湮没寿命谱与多普勒展宽谱的分析结果, 无论工艺、有无散射点, 样品的正电子寿命及多普勒展宽线性参数均存在差异。这说明晶体主要缺陷是YAG结构中的本征缺陷, 散射点可能是空位团聚引起的纳米微孔, 研究表明该技术可以灵敏地表征YAG晶体散射点。正电子湮没实验反映的晶体单晶质量差异与X射线衍射、单晶摇摆曲线、光透过率以及位错密度结果吻合。在研究晶体的物理性能和缺陷与材料微结构的关系上正电子湮没技术具有独特的技术优势, 同时正电子湮没技术可以在微观尺度上有效反映晶体质量。

近年来, 黄色激光晶体在激光显示、激光医疗、激光雷达(光探测和测距)、玻色-爱因斯坦凝聚、原子冷却和俘获等领域具有广泛的应用, 吸引了研究人员极大的兴趣。随着蓝光LD泵浦源的商用化, 直接泵浦Dy³⁺掺杂激光晶体可输出黄色激光, 对应⁴F_9/2→⁶H_13/2跃迁。本工作采用提拉法生长了Dy³⁺掺杂浓度分别为0.5%、1.0%、2.0%、3.0%和4.0%(原子分数)的Dy³⁺: Y₃Al₅O₁₂(Dy:YAG)晶体, 并分析了晶体开裂的原因。基于Judd-Ofelt理论计算了J-O强度参数, 并利用其评估了不同掺杂浓度的Dy:YAG晶体的其它激光参数。综合讨论了Dy³⁺掺杂浓度对荧光分支比、受激发射截面、量子效率等光谱性能的影响。在五个晶体样品中, 1.0%Dy: YAG晶体在447 nm激发下实现了582 nm最大的受激发射截面值和最强的荧光强度值, 荧光寿命较长, 达到0.823 ms。与之相比, 2.0%Dy: YAG晶体发射参数值略低, 但是其吸收系数更大。研究结果表明, 激光二极管泵浦的Dy:YAG黄色激光晶体中Dy³⁺离子的浓度为1.0%和2.0%较为合适, 并基于2.0%Dy: YAG晶体实现了连续黄色激光输出, 最大功率为166.8 μW, 激光峰值波长为582.5 nm。