本论文采用提拉法生长出一系列无宏观缺陷、光学质量较好的Dy/Er-LiNbO₃晶体,对生长的晶体进行了定向切割、抛光等处理,研究了晶体生长工艺、缺陷结构及上转换光学性能。X射线衍射结果表明,Dy、Er的掺入并没有改变LiNbO₃单晶的晶体结构,只是使晶胞参数有微小变化。这说明Dy和Er均以取代Nb和Li的方式进入晶体。通过对晶体的红外吸收光谱和紫外可见吸收光谱的测试,分析了掺杂浓度对OH-吸收峰峰位的影响,从而解释了Dy和Er在LiNbO₃中的占位规律。结果表明Dy³⁺和Er³⁺在LiNbO₃晶体中可占据正常Li位和Nb位,形成孤位Dy³⁺、Er³⁺离子缺陷中心(Dy_Li²⁺、Dy_Nb²⁺、Er_Nb^2-和Er_Li²⁺)和Dy³⁺、Er³⁺离子团位束缺陷中心(Er_Li²⁺-Er_Nb^2-、Dy_Li²⁺-Dy_Nb^2-、Dy_Li²⁺-Er_Nb^2-及Er_Li²⁺-Dy_Nb^2-),而Dy³⁺在浓度小于0.5mol%的时候,可能优先占据反位Nb位。采用800nm光激发,测试了晶体的上转换发光谱及上转换时间分辨光谱。重点分析了Dy³⁺和Er³⁺掺杂浓度对580nm和550nm处发光峰强度的影响,其中Er³⁺的掺入使对应Dy³⁺的⁴F_9/2à⁶H_13/2跃迁的580nm上转换发射强度增加一倍,但对Dy³⁺的⁴F_9/2能级寿命没有影响。而Dy³⁺的掺入对Er³⁺的⁴S_3/2à⁴I_15/2跃迁的550nm发光强度和寿命均有影响,说明Dy³⁺离子的一些能级参与到Er³⁺离子550nm发光的过程中。进一步研究表明,580nm波段及550nm波段的发光均为双光子过程。分别计算了Dy³⁺和Er³⁺离子在LiNbO₃中的J-O理论参数,结果显示,Dy³⁺在LiNbO₃晶体中使晶格变形较Er³⁺大,Dy³⁺离子的受激发射能力低于Er³⁺离子。