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固体激光器在军事、工业、医疗等领域存在着巨大的应用潜力，所以人们一直在努力探索新的性能更优异的激光材料。传统的激光材料，无论是单晶还是钕玻璃，由于其自身的局限性，在一定程度上不能满足激光技术进一步发展的要求。Nd∶YAG激光陶瓷由于其在制备技术和材料性能等方面具有单晶、玻璃激光材料无可比拟的优势而受到了人们极大的关注，并得到了迅速发展。因此，制备稀土离子掺杂YAG激光透明陶瓷，并对其结构以及性能的研究极其必要而且也具有很大的挑战性。这一研究有助于实现国产YAG激光陶瓷的高功率、高效率激光输出，从而拓展和深化激光陶瓷在民用和国防领域的应用。
本文以商业氧化物粉体为原料，采用固相反应和真空烧结技术制备Nd：YAG透明陶瓷。不同掺杂浓度Nd∶YAG透明陶瓷样品的晶粒尺寸均匀，晶界干净、无气孔和第二相存在；样品均具有良好的透光性和光学均匀性，掺杂浓度为1.0at％、1.3at％和4.0at％的Nd：YAG透明陶瓷在激光工作波段1064nm处的直线透过率分别为82.45％、82.4％和79.5％，在泵浦波长处的吸收系数分别为4.52cm-1、4.45cm-1和13.9cm-1，在激光波长处的吸收系数分别为0.16cm-1、0.11cm-1和0.20cm-1，主荧光发射峰均位于1064nm处，实测荧光寿命分别为257μs、258μs和102μs；其中，1.0at％Nd∶YAG透明陶瓷在808nm处的吸收截面积为3.1×10-20cm2，发射截面积(4I11/2→4F3/2)为3.81×10-20cm2;采用LD端面泵浦方式(泵浦源最大输出功率为1000mW)进行激光性能测试，掺杂浓度为1.0at％、1.3at％和4.0at％的Nd∶YAG透明陶瓷均获得了波长为1064nm的连续激光输出，激光阈值分别为100mW、530mW和733mW，输出功率分别为26mW、45mW和17mW，斜率效率分别为11.8％、23.2％和6.1％；1.0at％Nd∶YAG透明陶瓷的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为12.5Gpa、229MPa和2.21MPa·m1/2，均高于同组分的单晶；1.0at％Nd∶YAG透明陶瓷的热导率为为9.67W/m·K，与同组分的单晶相近。在不同掺杂浓度Nd∶YAG透明陶瓷的工作基础上，制备了层状复合结构YAG/Nd∶YAG/YAG激光透明陶瓷，厚度为5mm的样品在1064nm处的直线透过率高达80.2％。采用LD端面泵浦方式获得了波长为1064nm的连续激光输出，激光阈值为488mW，斜率效率为4.0％。为了把增益介质Nd∶YAG激光陶瓷和具有可饱和吸收特性的Cr4+结合起来，我们制备了双掺杂Cr,Nd∶YAG自调Q激光透明陶瓷，并对其显微结构和光谱特性进行了研究。此外，我们还对湿化学法(凝胶燃烧法和共沉淀法)合成YAG纳米粉体和制备YAG透明陶瓷进行了初步的探索，试图拓展YAG激光透明陶瓷的制备途径。