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掺Cr4+激光材料的出现和器件的运转成功,把可调谐固体激光器的调谐范围由Cr3+、Ti3+离子的0.7 ～1.0 谱区扩展到了1.0 ～1.8 谱区，因此对掺Cr4+激光材料及其器件的研究已经成为固体可调谐激光器研究热点之一。尤其是Cr4+:Mg2SiO4晶体，有望成为近红外可调谐固体激光器的理想增益介质，并且Cr4+:Mg2SiO4激光器的倍频红光能够克服半导体激光器的缺点，再加上Cr4+离子在0.9 ～1.2 波长范围内有可饱和吸收特性，所以对它的研究有重要意义。
本论文采用调Q Nd:YAG 脉冲激光通过透镜聚焦后纵向抽运Cr4+:Mg2SiO4晶体，抽运光脉冲宽度为30 、能量为50 ，在较佳工作条件下得到了中心波长为1.22 、脉宽为8.2 、能量为10 的激光脉冲；并在张国威分析增益开关时间特性的近似法基础上，结合实际的Cr4+:Mg2SiO4激光器的相关参数，从速率方程出发，用数值计算的方法更为精确的模拟了Cr4+:Mg2SiO4激光器输出激光脉冲的时间特性，得出了激光脉宽只与抽运能量、腔长有关的结论，即抽运能量愈大，脉宽越窄；腔长越长，脉宽则愈宽。实验中还采用了几种不同焦距透镜和不同Cr4+:Mg2SiO4激光器腔长，分别比较了抽运光不同焦距透镜聚焦和Cr4+:Mg2SiO4激光器不同腔长条件下1.06 抽运光与1.22 振荡光的模体积匹配，及模体积匹配和光-光转换效率的关系。在聚焦透镜焦距为190 ，腔长为14 条件下，光-光转换效率最高，约为20％。上述的实验结果与理论分析、计算结果相符。
在实现增益开关型Cr4+:Mg2SiO4激光器腔外，用Ⅰ类相位匹配BBO作为倍频晶体，实现了1.22 激光脉冲的倍频红光输出，倍频转换效率约为17.5％。根据BBO的晶体特性及相位匹配理论，计算出相位匹配角为21°，理论和实验结果基本一致。
把Cr4+:Mg2SiO4晶体作为1.06 激光的可饱和吸收体，实现脉冲式平凸非稳腔Nd:YAG激光器的被动调Q运转，得到脉宽34 ，输出能量13.8 的激光脉冲，比较了激光器的不同腔结构和参数对调Q激光脉冲宽度和能量的影响，在合适的实验条件下，观察到被动锁模现象。对上述实验结果给予合理的理论解释。