蓝宝石单晶光纤结合了蓝宝石单晶熔点高、物理化学性能稳定的性能特点和光纤长径比大的结构优势，在高温传感、辐射探测等领域得到了广泛的研究。本文通过激光加热基座(LHPG)法成功制备出高质量蓝宝石单晶光纤，其最小直径为50 μm，具有极高的柔韧性。在此基础上系统研究了晶体取向、晶体直径、退火温度等因素对蓝宝石单晶光纤应力分布及力学性能的影响规律，所制备的蓝宝石单晶光纤抗拉强度超过3 000 MPa，展现出了优异的力学性能。

倍半氧化物具有优异的热学性能、稳定的物化性能、低的最大声子能量和强的晶体场，是理想的高功率、大能量激光基质材料。倍半氧化物具有超高熔点，因此其高质量、大尺寸的晶体制备极其困难，研究人员对此进行了长期的研究探索。近年激光技术发展对高品质倍半氧化物单晶的迫切需求促使相关晶体的生长技术取得了突破。本文在简单介绍倍半氧化物性能与结构的基础上，详细综述了Lu2O3、Sc2O3、Y2O3倍半氧化物晶体的生长方法及缺陷种类，系统总结了稀土离子掺杂的倍半氧化物在1~3 μm波段内的激光性能，最后对其未来的研究与发展方向进行了展望。

本文使用导模(EFG)法生长了Ni掺杂β-Ga2O3单晶，并通过粉末X射线衍射(PXRD)和劳厄衍射(Laue diffraction)分别验证了其晶体结构和晶体质量。进一步通过紫外-可见-近红外透过光谱及红外透过光谱研究了Ni2+掺杂对β-Ga2O3光学特性的影响，发现其(100)面的紫外截止边为252.9 nm，对应的光学带隙为4.74 eV。此外，阴极荧光(CL)光谱测试结果显示，Ni2+掺杂β-Ga2O3单晶在600~800 nm具有宽带近红外发光特性，有望拓宽β-Ga2O3单晶材料在宽带近红外方面的应用。

本文研究了斜切角的引入对β-Ga2O3(100)面衬底加工的影响, 分析了斜切角分别为0°、1°、6°时, (100)面衬底在加工过程中的形貌变化及不同抛光参数对衬底抛光的影响。实验结果表明, 随着斜切角的增大, (100)面衬底在加工过程中的解理损伤问题得以改善, 加工后表面粗糙度降低, 材料去除方式出现了脆性去除-脆塑性混合去除-塑性去除的转变。较小的抛光压力可以有效减少解理损伤, 改善表面质量。斜切角为6°时的(100)面衬底抛光效率高, 抛光后表面粗糙度可达到Ra≤0.2 nm。

β-Ga2O3作为最具发展潜力的超宽禁带半导体材料，其晶体缺陷方面还缺乏深入且全面的研究。面缺陷小角晶界主要存在于β-Ga2O3 (100)晶面，会破坏晶体结构完整性，降低晶体质量。采用化学刻蚀法和透射电子显微镜技术对导模法生长β-Ga2O3晶体中的小角晶界进行宏观分析和微观结构表征。研究表明：小角晶界两侧的刻蚀坑形状和朝向相同，晶界两侧的晶粒取向差约为3°，除此之外，小角晶界会使摇摆曲线出现肩峰及展宽，通过对β-Ga2O3晶体中小角晶界缺陷的微观结构进行表征，填补了小角晶界缺陷的研究空白。

Tb3Ga5O12晶体是一种具有良好磁光性能的主流商用材料，但生长过程中存在严重的氧化镓挥发问题，导致晶体难以满足高功率应用的发展需求，而菲尔德常数较大的Tb3Al5O12晶体的不一致熔融特性使该晶体难以生长，因此亟需探索新型高质量磁光晶体以满足高功率应用需求。基于此，本文采用微下拉法在高纯氩气和二氧化碳混合气氛下生长了Tb3AlxGa5-xO12(TAGG)系列高掺铝磁光晶体。摇摆曲线测试结果表明TAGG磁光晶体拥有高结晶质量。透过光谱和磁光特性测试结果表明，与传统Tb3Ga5O12晶体相比，TAGG磁光晶体具有更高的透过率和更大的菲尔德常数，是一种非常有潜力的可应用于高功率激光系统的低成本磁光材料。

采用导模法（Edge?defined film?fed growth technique，EFG）制备了无掺杂及Dy³⁺掺杂的Lu₂O₃晶体，无掺杂及掺杂晶体在空气中退火后分别变为无色和淡黄色。采用高分辨X射线衍射、拉曼光谱以及吸收光谱等方法对晶体进行了表征。结果表明，晶体X射线衍射摇摆曲线的半峰宽分别为98.4"、170.4"、193.9"，最大声子能量分别为609.0，611.4，612.6 cm^-1；无掺杂晶体在260~3 000 nm波段没有明显的吸收，而掺杂晶体具有350，742，798，884，1 063，1 258，1 681，2 774 nm Dy³⁺的特征吸收峰。采用1 258 nm激光进行激发，得到2.7~3.0 μm的荧光光谱，计算了Dy³⁺的⁶H_13/2能级寿命分别为17.9 μs和16.3 μs。采用Judd‐Ofelt（以下简写为J‐O）理论计算了相关光学参量，结果表明Dy³⁺∶Lu₂O₃晶体具有实现3 μm波段激光输出的潜力。

本文使用导模法(EFG)制备了4英寸氧化镓(β-Ga2O3)单晶, 并对晶体物相、结晶质量、缺陷、光学及电学特性进行了研究。晶体不同方向劳厄(Laue)衍射斑点清晰一致, 符合β-Ga2O3衍射特征。晶体(400)面摇摆曲线半峰全宽(FWHM)为57.57″, 通过化学腐蚀获得其腐蚀坑位错密度为1.06×104 cm-2。晶体在紫外截止边为262.1 nm, 对应光学带隙为4.67 eV。通过C-V测试分析获得非故意掺杂晶体中的电子浓度为7.77×1016 cm-3。

单晶光纤(SCF)是具有纤维结构的“准一维”功能晶体材料，在高能激光、高温传感、辐射探测、信息通信等**民生领域展现出了巨大的应用前景。本文采用激光加热基座技术成功制备出直径60~100 μm、长径比>6 000∶1的超细Al2O3、YAG单晶光纤，单晶光纤平均直径起伏<4%，展现出良好的柔韧性与波导特性，为单晶光纤器件的小型化与集成化创造了条件。