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K2Al2B2O7(KABO)是一种紫外非线性光学晶体，具有优良的非线性光学性能以及稳定的物化特性，可实现Nd-基激光四倍频(266nm)、五倍频(213nm)以及和频193nm谐波光输出，但是该晶体在紫外波段200-300nm产生的非本征吸收很大程度地降低了其紫外谐波光的输出功率。为了改善KABO晶体的性能，本文主要进行了KABO晶体的掺杂生长和光谱特性的研究，并对生长的晶体的激光性能进行了研究。同时本文还对非线性光学晶体K4Gd2(CO3)3F4的水热法生长进行了研究。主要工作如下：
⑴Na+掺杂KABO晶体的生长。采用NaF-B2O3助熔剂体系和顶部籽晶法，通过在原料中分别掺入摩尔比为0、10％、15％的Na2CO3，生长出了尺寸分别为30×20×7mm3、30×24×12mm3和20×15×8mm3的高光学质量的(K1-xNax)2Al2B2O7晶体。另外，采用NaF-LiF混合助熔剂体系和顶部籽晶法，通过在原料中掺入摩尔比为50％的Na2CO3，成功生长了(K1-xNax)2Al2B2O7单晶，并对生长体系的助熔剂进行了研究；发现最有利于晶体生长的助熔剂组成为NaF：LiF=1:1，并在此条件下获得了尺寸为70×30×12mm3的(K1-xNax)2Al2B2O7晶体。并且研究了助熔剂的组成以及籽晶方向对晶体生长形貌的影响。
⑵(K1-xNax)2Al2B2O7晶体的性能测试。使用ICP-AES测定生长的(K1-xNax)2Al2B2O7晶体中Na+的含量分别为x=0.11、0.14、0.16、0.38。(K1-xNax)2Al2B2O7晶体的XRD粉末衍射图谱相对KABO的XRD图谱向高角度有一定偏移，这表明它们具有与KABO结构类型相同的晶体结构，但是晶格常数和晶胞体积都变小。测试了生长的(K1-xNax)2Al2B2O7晶体的透过光谱，其紫外吸收的截止边低于185nm，而且(K0.62Na0.38)2Al2B2O7晶体的透过光谱显示其在低于300nm的紫外波段的透过率相对Na+掺杂量较少的KABO晶体有着明显提高。(K1-xNax)2Al2B2O7晶体的粉末倍频效应测试表明其二阶非线性光学效应约为KDP的1-1.5倍。
⑶(K0.62Na0.38)2Al2B2O7晶体的激光性能研究。采用Nd：YAG皮秒锁模激光器对长度为6.74mm的(K0.62Na0.38)2Al2B2O7晶体器件进行了四倍频转换效率的测试，转化效率达到20.1％。使用Nd：YAG纳秒调Q激光器对该器件进行高功率激光实验，在532nm(10ns、10kHz)的输入功率为26.8W时，获得了平均功率为353mW的266nm激光输出，转化效率为1.3％。(K0.62Na0.38)2Al2B2O7晶体的弱吸收测试结果表明该晶体体内的弱吸收均值在1064nm处为400ppm/cm，532nm处为3000ppm/cm。采用1-on-1的测试方法测得(K0.62Na0.38)2Al2B2O7晶体的激光损伤阈值为5.65GW/cm2。
⑷KABO晶体的其它掺杂研究。通过在原料中掺入摩尔比为10％的Ga2O3，采用NaF助熔剂和顶部籽晶法生长了掺Ga3+的KABO晶体，ICP-AES测试生长的晶体中Ga3+的含量为5％(摩尔比)，XRD图谱表明其结构类型与KABO的一样，透过光谱显示其紫外吸收边红移至190nm。通过在原料中掺入摩尔比为10％的Li2CO3，同样采用NaF助熔剂和顶部籽晶法，生长获得了掺Li+的KABO晶体，测试了生长的晶体的透过光谱，其紫外透过率得到了大幅提高，在266 nm处的透过率达到80％以上；从晶体中切割出尺寸为3.0×3.0×5.8mm3的四倍频器件，在532nm(10ns、10kHz)的输入功率为26.55W时，获得了平均功率为456mW的266nm激光输出，转化效率为1.7％，这是目前KABO晶体四倍频的最高输出。
⑸水热法生长K4Gd2(CO3)3F4晶体。采用水热法，通过优化生长条件，在K2CO3和GdF3的摩尔比为3:1，生长区温度T=550℃，溶解区温度T=600℃条件下，生长15天后得到了毫米级的K4Gd2(CO3)3F4透明单晶。晶体的XRD图表明其为K4Gd2(CO3)3F4相。UV-Vis-NIR图谱表明K4Gd2(CO3)3F4晶体在380-2000 nm之间的透过率超过80％，其紫外吸收截止边低于200 nm。其二阶非线性光学效应(SHG)约为KDP的3.5倍，并且在可见和紫外波段都能实现相位匹配。