双晶匹配电光Q开关能够利用晶体的最大有效电光系数，大幅降低半波电压，具有重要的应用价值，但其消光比易受多种因素的制约。系统分析了影响双晶电光Q开关消光比的各个因素，建立了包含光学不均匀性、晶向偏离、两晶体温度变化、长度偏差及温差等参数的系列相位延迟公式，由此分析计算了各因素的容差范围。结果表明：光学不均匀性、两晶体的长度偏差和温差是影响消光比的关键因素；当仅考虑单一变量时，消光比与此变量的平方成反比；同时，晶体长度对消光比也有显著影响，当光学不均匀性、晶向偏离、温差一定时，消光比与晶体长度的平方成反比。制备了两种不同尺寸的双晶钽酸锂电光Q开关，实验证实长度较短的Q开关的双晶匹配质量更好，消光比更高，其消光比主要受光学不均匀性的限制。研究结果可为高消光比双晶电光Q开关的研制提供重要指导。

利用气相平衡输运法制备的近化学计量比钽酸锂晶体质量好，制备工艺简单，但受固体扩散速率低的影响，该方法较难制备大厚度晶体。本文基于钽酸锂晶体的扩散机制，采用待扩散晶片一侧为富锂气氛，另一侧为同成分气氛的非对称扩散工艺，对钽酸锂晶体进行了扩散处理，并对组分和畴反转电场进行表征。结果表明，非对称扩散工艺为反位钽离子的扩散提供了通道，提高了晶体中反位钽离子和锂离子的扩散速率，有利于制备大厚度近化学计量比钽酸锂晶体。

为了采用扩散法制备大厚度近化学计量比钽酸锂(nSLT)晶体, 本文从富锂多晶料配比及合成工艺、极化工艺和扩散条件等方面对钽酸锂晶体高温富锂扩散工艺进行了研究, 对处理后晶片组分、畴反转电压和光学均匀性进行了表征, 研究了扩散条件对晶体组分的影响。结果表明, 富锂多晶料锂钽为60/40时较佳, 多次使用对所制备晶片组分、畴反转电压和光学质量无明显影响。在研究基础上, 制备了系列nSLT晶片, 晶片厚度最大为3.2 mm, 其组分达到化学计量比且组分均匀, 矫顽场约为152 V/mm, 晶体光学质量满足实用需求。

采用提拉法生长了双掺杂钕离子(Nd ³⁺)和铟离子(In ³⁺)的同成分LiTaO₃单晶。测量了该单晶的紫外-可见光吸收光谱,分析了该晶体的缺陷结构,得到了铟离子的掺杂浓度阈值。当铟离子掺杂浓度达到该阈值时,In∶Nd∶LiTaO₃晶体的抗光损伤能力显著增强。铟离子取代晶体中的反位T aLi4+,使晶体光电导增大,减弱了光折变效应。In∶Nd∶LiTaO₃晶体在光波长0.808 μm处的吸收峰的半峰全宽为15 nm,吸收截面为5.26×10 ^-21 cm ²。采用0.808 μm半导体激光作为抽运源,钕离子在光波长1.06 μm处出现强烈的荧光带。这些研究结果表明, In∶Nd∶LiTaO₃ 作为多功能晶体可以应用于高功率的光子学或光电子学器件中。

通过准相位匹配技术，采用1 μm波段高功率窄谱线连续光纤激光放大器抽运高二次谐波转换效率周期性极化晶体，是实现高光束质量、小型化、高功率连续绿光激光器的一个非常有前途的方向。实验自主研发了高效率主振荡功率放大(MOPA)全光纤保偏放大模块，获得中心波长为1064.25 nm，线宽为0.035 nm的30 W连续线偏振激光，并以此作为基频光抽运国产周期极化钽酸锂(PPSLT)晶体进行了外腔单通倍频实验。保持PPSLT晶体的控制温度为145.6 ℃，在抽运光功率为21.5 W时得到了2.1 W的绿光输出。实验分析了温度、基频光功率密度和Boyd-Kleinman聚焦因子对倍频光转换效率的影响。实验过程中没有出现饱和现象，进一步提高抽运功率有望获得更高功率的绿光。

报道了基于准相位匹配(QPM)应用的周期性极化钽酸锂(PPSLT)晶体进行腔内倍频非线性光学变换实验研究。分析比对了不同长度(3.5 mm,5 mm,10 mm)晶体倍频过程。利用3.5 mm PPSLT晶体在2500 mW 808 nm激光抽运下产生1445 mW 1064 nm基频光输出,经过倍频可以得到760 mW的绿光输出。同时对于制约倍频效果和效率提高的系统温度控制等问题进行了分析。

本文研究了掺钕钽酸锂晶体背散射几何组态下的喇曼光谱，与纯钽酸锂晶体的喇曼光谱相比，发现喇曼谱中不仅有E(LO+TO)模向A1(TO)模的转变，而且还有新振动模的出现和部分振动模强度的变化，本文用光折变理论结合掺杂后晶体微观结构的改变对实验结果作了分析和探讨.