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随着激光二极管(LD)逐步取代传统的闪光灯作为固体激光器的泵浦源，探索新型适合LD泵浦的掺稀土离子的激光晶体成为研究热点。本文围绕这一研究热点结合本所的研究优势对硼酸盐和钒酸盐激光晶体开展了研究创新工作。主要研究内容如下：
⑴阐述了激光晶体的发展历史和应用概况，介绍了研究中所涉及到的实验原理方法以及激光晶体的光谱理论。
⑵研究了Nd3+∶LnMgB5O10(Ln=Gd，Mg)、Nd3+∶LaBO3、Re3+∶Ca2.5La0.5(VO4)2与Re3+∶Ca2La2/3(VO4)2(Re=Yb，Nd，Er,Er/Yb)晶体的生长、光谱和激光性能。
⑶采用顶部籽晶法，分别生长出了Nd3+∶GdMgB5O10和Nd3+∶LaMgB5O10晶体；采用熔盐提拉法生长出了Nd3+∶LaBO3晶体；采用提拉法，分别生长出了Nd3+∶Ca2.5La0.5(VO4)2、Yb3+∶Ca2.5La0.5(VO4)2、Nd3+∶Ca2La2/3(VO4)2、Yb3+∶Ca2La2/3(VO4)2、Er3+∶Ca2La2/3(VO4)2和Er3+∶Yb3+∶Ca2La2/3(VO4)2晶体。测定了这些晶体的硬度；采用ICP方法测定了稀土离子在晶体中的掺杂浓度并计算了它们分凝系数；测定了晶体的差热、比热和热膨胀系数等热学性能。
⑷在室温下研究了Nd3+∶GdMgB5O10、Nd3+∶LaMgB5O10和Nd3+∶LaBO3晶体的非偏振吸收光谱、非偏振荧光光谱以及荧光寿命。结果表明在807nm处有较大的吸收峰半峰宽和大的吸收跃迁截面，这有利于这些激光晶体对泵浦光的吸收，同时也放松了对泵浦LD温度控制的要求。
⑸在室温下研究了Nd3+∶Ca2.5La0.5(VO4)2、Yb3+∶Ca2.5La0.5(VO4)2、Nd3+∶Ca2La2/3(VO4)2、Yb3+∶Ca2La2/3(VO4)2、Er3+∶Ca2La2/3(VO4)2和Er3+∶Yb3+∶Ca2La2/3(VO4)2晶体的偏振吸收光谱、偏振荧光光谱以及荧光寿命，并根据J-O理论、倒易法和F-L公式计算了它们的光谱参数。Nd3+∶Ca2.5La0.5(VO4)2、 Yb3+∶Ca25La0.5(VO4)2、Nd3+∶Ca2La2/3(VO4)2、Yb3+∶Ca2La2/3(VO4)2、Er3+∶Ca2La2a2/3(VO4)2和Er3+∶Yb3+∶Ca2La2/3(VO4)2晶体的室温吸收谱和荧光谱都表现出弱偏振性。Nd3+∶Ca2.5La0.5(VO4)2和Nd3+∶Ca2La2/3(VO4)2晶体偏振吸收光谱表明在807nm处有较大的吸收峰半峰宽和大的吸收跃迁截面，这有利于这些激光晶体对泵浦光的吸收，同时也放松了对泵浦LD温度控制的要求。在Yb3+∶Ca2.5La0.5(VO4)2和Yb3+∶Ca2La2/3(VO4)2晶体中由于Yb3+吸收峰与发射峰存在着较大的重叠，所产生的荧光捕获效应使辐射寿命短于荧光寿命。它们都具有较大的发射跃迁截面和宽的发射峰半峰宽，其饱和泵浦功率密度较小。
⑹对比了Er3+∶Ca2La2/3(VO4)2和Er3+∶Yb3+∶Ca2La2/3(VO4)2晶体光谱参数的变化。发现Er3+∶Ca2La2/3(VO4)2晶体中掺入Yb3+离子后Er3+离子的唯象强度参数均有所增大，而且1535nm附近的荧光寿命也有所增长，室温下在450-800nm区域观察到四个荧光发射峰，这些发射峰是Er3+∶Yb3+∶Ca2La2/3(VO4)2晶体室温上转换荧光发射，它们是由Yb3+离子与Er3+离子之间能量转移所致的。Nd3+∶Ca2La2/3(VO4)2晶体的脉冲激光实验表明：当透过率T=21.165％时的效率最大，斜效率为0.13％，当氙灯输入能量为12.79J时，获得了16.25mJ的输出，总效率η0=0.13％，曲线的斜效率ηs=0.13％，当输出镜透过率为T=0.991％，测得其最低激光阈值为1.59J。