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随着半导体激光二极管的发展，全固态激光成为当今固体激光技术发展的主流。全固态激光在朝着高功率大能量强激光发展的同时，也在朝着中小功率高度集成的微型激光发展。Yb和Nd晶体材料是发展全固态激光的重要增益介质，是新型激光材料探索和研究的重要领域。论文的主要工作是对Yb∶Gd2SiO5(GSO)晶体和Yb∶Gd2GeO5(GGO)晶体以及自激活NdTaO4(NTO)晶体的制备、结构和光学性能进行了研究。
论文主要工作和结果如下:
一.用提拉法生长了Yb∶GSO、Yb∶GGO和NTO晶体，并用Rietveld全谱拟合方法确定了它们的晶体结构，给出了晶体的空间群、原子位置、温度因子、晶格常数、晶体密度等结晶学参数。
二.测试了Yb∶GSO和Yb∶GGO晶体的吸收光谱和发射光谱，并计算了它们的折射率、线强、振子强度、跃迁几率、荧光寿命、吸收系数、吸收截面、受激发射截面、最小泵浦强度、增益截面等重要光学参数，研究表明Yb∶GSO和Yb∶GGO晶体具有宽带吸收和发射光谱以及较长的荧光寿命，有利于发展全固态可调谐和超短脉冲激光。
三.研究了Yb∶GSO晶体的分凝系数和热导率，并用970nm发射的InGaAs激光二极管作为泵浦源，实现了1063.5nm和1087.0nm发射的连续激光输出，斜效率为22.5％，最大激光输出功率为554mW，相应的光-光转换效率为6.8％。
四.研究了掺杂浓度的变化对Yb∶GGO的晶体结构和光谱性能的影响，结果表明，随着Yb掺杂浓度的增大，晶体的结构、相应的特征发射峰、荧光寿命等都发生了变化，同时用Auzel理论模型研究了荧光的浓度猝灭效应，并根据激光的增益特性优化了晶体的掺杂离子浓度。
五.研究了温度效应对Yb∶GGO晶体发射光谱的影响，结果表明，温度的升高导致了晶体特征发射峰的红移和展宽以及荧光寿命、受激发射截面、受激发射截面与荧光寿命乘积等光学参数的变化，并用McCumber理论模型评估了晶体的电声子耦合强度。
六.通过低温吸收、激发和发射光谱指认了Yb∶GGO的晶场能级，根据晶体场理论用叠加模型对晶场能级进行拟合并得到了晶场参量Bkq，同时根据晶场参数从理论上计算了晶场强度NJ、二次矩量σ2、能级分裂△E等参数，结果表明Yb∶GGO晶体具有较强的晶场和较大的基态能级分裂，有利于实现准四能级激光运转。
七.对NTO晶体的结构以及光谱性能的研究表明，该晶体具有较高的Nd离子浓度、大的宽带吸收和宽带发射以及较大的受激发射截面与荧光寿命乘积，是发展新型高增益微片激光的潜在工作物质，同时根据低温吸收和发射光谱对晶体的晶场Stark能级进行了指认，为研究晶场发光机理奠定了基础。