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本论文从探索单光轴晶体的新性能和新型硼酸盐单光轴光电晶体出发，研究了单光轴晶体的负折射特性，旨在更加全面地认识和掌握单光轴晶体的光学特性，为已有单光轴晶体的更加广泛的实际应用创造条件；生长了ErBa3B9O18晶体，YBa3B9O18晶体、YBa3B9O18:Ce晶体，对这些新的单光轴硼酸盐晶体的光电性能进行了研究，目的在于开发新型的双折射、闪烁和激光性能的晶体。本论文的主要研究结果如下：
首先，利用折射率椭球模型研究了光线在单光轴晶体传播的规律。并从理论上证明了单光轴晶体存在负折射现象的可能性。通过折射率椭球的色散关系，研究了负折射现象出现在单光轴晶体中的规律。利用加工的钒酸钇晶体和碳酸钙晶体实验证明了理论分析并展示了这种看似反常的负折射现象，测量了单光轴晶体负折射现象相关的角度关系，得到了和理论吻合较好的结果。通过从实验和理论上对单光轴晶体的负折射现象的研究，首次阐明了负折射源于单光轴晶体的光学各向异性，是所有单光轴晶体的一个固有的属性。
第二，首次推导和计算了单光轴晶体负折射相关的光强度和透射率的问题，发现负折射为我们控制光的传播路径提供了一个新颖的手段。但是，发生负折射的时候并不意味着对应最大的光强和透射率。发现了单光轴晶体中透射率的光路可逆性，这个规律在许多场合可以简化计算。单光轴晶体中的Brewster定律也有不同于各向同性介质的表现形式，这也是单光轴晶体各向异性的结果。
第三，利用熔体提拉法和缓慢降温的方法生长出了一种新的硼酸盐晶体ErBa3B9O18，找到了合适的生长工艺。利用摇摆曲线、X射线衍射等实验手段对晶体的品质进行了鉴定，对ErBa3B9O18晶体的折射率进行了测试，在可见光波段，其双折射率大约为-0.11。研究了晶体的吸收和荧光光谱，它的Er3+红外特征发射使之在激光晶体特别是薄片激光器方面有很好的潜在应用价值。
第四，利用熔体提拉法生长了新的硼酸盐晶体YBa3B9O18。该晶体无色透明，不溶于水，空气中不潮解，一般呈片状。该晶体生长时候具有生长速度各向异性的特点，给生长带来一定的不便。晶体在X射线激发作用下，有较好的发光性能。因此YBa3B9O18晶体在X射线探测方面可能有一定的应用前景。
第五，利用熔体提拉法生长了新的硼酸盐晶体YBa3B9O18:Ce晶体。折射率测量表明YBa3B9O18:Ce晶体是具有较大双折射率的负单光轴晶体，在可见光区域双折射率是0.12左右。对退火前和退火后的晶体进行了研究，退火前的晶体不具Ce3+离子的特征，退火后的晶体的吸收峰和X射线激发发射都表现出了Ce3+离子的特征。