以激光二极管（LD）端面泵浦方形YAG/Yb∶YAG复合晶体为研究对象，采用有限元分析方法，并根据热传导理论以及连续LD端面泵浦方形YAG/Yb∶YAG的工作特点，系统分析了泵浦功率、YAG晶体厚度及截面尺寸对激光晶体温度、热应力及热形变的影响。计算过程中经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为400 μm。研究结果表明：当Yb∶YAG晶体尺寸为4 mm×4 mm×1 mm，YAG晶体厚度为0.1 mm时，随着泵浦功率由60 W增加为80 W，YAG/Yb∶YAG方片晶体内最高温升明显增大，由37.19 ℃变为82.92 ℃；当YAG晶体厚度由0 mm增加为0.5 mm时，薄片晶体内最大热应力由26.93 MPa变为10.438 MPa，最高温升也随之降低了18.18 ℃，但由热应力产生的热形变基本保持不变。利用方片YAG/Yb∶YAG复合晶体能够有效降低激光晶体内最大热应力及最高温升，对全固态Yb∶YAG激光器的设计及高功率输出具有指导意义。

有机-无机复合材料因其涉及范围更广, 材料设计的可选择性大, 同时可以兼具无机和有机材料的优点, 近年来受到国内外研究人员的高度关注。此次访谈中, 陶绪堂教授首先回顾了山东大学晶体材料研究所和晶体材料国家重点实验室在蒋民华院士带领下, 开展有机-无机复合非线性光学晶体材料(LAP)研究, 并获得国家发明一等奖的历程, 介绍了课题组目前在有机-无机复合晶体材料方面的研究进展, 结合自身科研历程, 重点分析了目前有机-无机复合材料发展的趋势和存在的主要问题, 展望了有机-无机复合晶体薄膜在能源领域的应用潜力。最后指出要想从诸多有机-无机复合晶体中产生新的“中国牌”晶体, 需要大家共同努力的方向。

为了解决LD端面泵浦晶体引起的热效应问题，根据脉冲LD端面泵浦复合晶体工作特点，利用热传导理论建立了脉冲激光二极管泵浦YAG/Nd∶YAG 复合晶体的有限元热模型。定量分析了泵浦功率、未掺杂晶体厚度、脉冲宽度对复合晶体温度场及热形变量的影响。结果表明，当掺杂晶体厚度为8 mm，未掺杂晶体厚度为3 mm，脉冲宽度为3 ms，经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为300 μm，重复频率为100 Hz时，使用泵浦功率为80 W的脉冲LD端面泵浦复合晶体YAG/Nd∶YAG，泵浦端面中心的最高温度及最大热形变量分别66.84 ℃和0.12 μm。可见，复合晶体能有效缓解晶体的温升和晶体端面的热形变。该研究为实现Nd∶YAG激光器高功率输出目标提供了理论指导。

为了解决激光二极管端面泵浦圆盘晶体引起的热效应问题，根据连续LD端面泵浦圆盘形YAG/Yb∶YAG的工作特点，基于热传导理论建立了复合晶体有限元分析模型。通过设定LD泵浦参数，定量分析了泵浦功率、复合晶体厚度与截面大小对温度场的影响。研究结果表明，当复合晶体几何结构一定时，随泵浦功率增大，晶体温度升高。当泵浦功率为70 W，经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为400 μm时，Yb∶YAG晶体厚度为3 mm，当键合的YAG晶体厚度从0 mm变为0.7 mm时，复合晶体内最高径向温升降低了39.7 ℃，最高轴向温升降低了238.3 ℃。在相同泵浦条件下，取YAG晶体厚度为0.5 mm，当复合晶体截面半径由8 mm增加至13 mm时，晶体内沿径向的最高温升降低了32.8 ℃，沿轴向最高温升降低了171.7 ℃。利用复合晶体能够降低激光晶体内部热效应，对实现全固态Yb∶YAG激光器高功率输出具有指导意义。

利用改进的提拉法生长了一种新型Y₄-Nd∶Y₄ 复合晶体, 在晶体中部实现了Nd3+的0.10%~0.25%(原子数分数)浓度梯度掺杂。晶体中, Nd3+掺杂区的弱吸收系数较未掺杂区大, 表现出界面吸收现象。观测了复合晶体对泵浦光的吸收和温度分布, 发现晶体沿轴向的泵浦吸收相对均匀, 温度梯度相对较小。未镀膜的复合晶体样品在1 064 nm波段显示了良好的连续激光性能,光-光转换效率为37.0%, 斜效率为40.9%。

为了验证复合晶体使用到半导体泵浦的固体激光器中与非复合晶体的区别, 提高半导体泵浦的固体激光器的工作效率, 开展了半导体激光泵浦YAP/Tm∶YAP复合晶体固体激光器的热效应的验证实验。采用有限元分析法, 模拟了晶体温度及热应力的分布, 并分析了热透镜长度的变化情况。结果发现, 与非复合晶体相比, 复合晶体的温度和热应力均有不同程度的下降, 复合晶体工作时的最高温度降至其80%, 热应力降至其70%。同时也验证了热透镜焦距不随非掺杂晶体长度的增大而改变, 这也意味着复合晶体不能有效提高复合激光的光束质量, 但是可以确保输出激光光束质量的稳定性。因此可以证实, 使用复合晶体能够有效改善激光器的温度和力学特性, 但不能优化固体激光器的光束质量。

为了满足小型光电系统对微小型大功率激光器的研制要求，通过液态金属传热设计，提高散热效率，使得激光器在小体积下实现高能量输出。采用复合板条工作物质集成谐振腔以及激光放大技术，在激光电源电流80 A、工作频率为5 Hz时，激光器在1064 nm输出单脉冲能量为160 mJ，脉宽为6 ns,发散角为3 mrad的激光。

报道了一台输出功率达50 W量级的采用808 nm高功率激光二极管双端抽运的Nd∶YVO4复合晶体基模固体激光振荡器。双端抽运结构和复合晶体的采用有效地降低了激光晶体中的热效应，可在晶体中获得更加均匀的热分布和增益分布。使用非对称平平腔动态稳定腔结构，使激光器的两个稳定区分离，并使其运行在稳定区I中，这样不仅可以进行高功率抽运，而且可以获得很低的失调灵敏度。对谐振腔腔长进行优化后，在抽运功率约104 W时获得了最高51.2 W的基模连续激光输出，基模光光转换效率达49.2%；通过在腔内插入声光调Q器件，获得了重复频率在50～600 kHz之间连续可调的脉冲激光输出。重复频率在100～600 kHz之间时，平均输出功率可基本稳定在49 W，脉冲宽度从18.2 ns增加到85 ns；重复频率50 kHz时，平均输出功率43.2 W,脉冲宽度13.5 ns，峰值功率为64 kW。

为提升国家同步辐射实验室X射线吸收精细结构(NSRL-XAFS)的光束线性能，提出将现有双平面晶单色器改造成弧矢聚焦双晶单色器的思想。采取将晶体与钛合金复合的工艺，实现了晶体的大曲率弹性弯曲，并将其用作弧矢聚焦晶体单色器中第二晶体的成像元件。鉴于NSRL-XAFS实验的光学要求，设计制作了复合晶体试验模型，通过有限元分析计算和长程面形仪实际测量得到了不同弯曲半径下晶体的面形精度，并用激光模拟其聚焦性能。结果表明，在缩放比为1/3时，样品上的成像束斑水平尺度(FWHM)由43 mm(无聚焦)缩小到3 mm，光子密度提高了近一个量级。这些结果满足NSRL在现有光源条件下提升XAFS数据采集质量的要求。