掺钕的钒酸盐晶体,包括Nd:YVO4, Nd:GdVO4和Nd:LuVO4等,具有较宽的泵浦吸收带、较大的受激发射截面、较低的激光振荡阈值以及偏振输出等优点,所以在众多的激光材料中脱颖而出,成为中小功率连续波激光器的理想增益介质。然而在已经实用化的脉冲激光器中,掺钕的钒酸盐晶体没有得到实际应用,根本原因在于其受激发射截面过大,激光上能级寿命相对较短,这使得该类介质的储能本领不高,难以获得大的单脉冲能量。目前Nd:YAG是较常用的脉冲激光晶体,但是Nd:YAG也具有一些缺点,比如：效率相对较低、不能产生偏振输出、热致双折射引起光束质量下降等。因此,探索和寻找适合于脉冲应用的新型激光晶体,是进一步完善和发展全固态脉冲激光技术的迫切要求。近年来,在探索和寻找新型激光晶体的过程中,人们相继开发了Nd:GdxY1-xVO4和Nd:LuxGd1-xVO4等掺钕钒酸盐混晶。研究发现,掺钕钒酸盐混晶不仅具有较宽的泵浦吸收带以及偏振输出等优点,同时其发射谱线的非均匀加宽效应也有效地减小了受激发射截面,使掺钕钒酸盐混晶的脉冲激光特性有了很大的提高。我们相信,Nd:LuxY1-xVO4混晶应该也具有类似于以上两种混晶的脉冲激光特性。目前已经有关于Nd:LuxY1-xVO4混晶的报道,如Nd:Lu0.15Y0.85VO4、Nd:Lu0.2Y0.8V04以及Nd:Lu0.5Y0.5V04,但是这些研究都集中于Nd:LuxY1-xVO4混晶的某一特定组分,对这一类晶体缺乏全面、系统的认识。本论文利用我单位和课题组在晶体生长及性能表征方面的优势,系统研究了Nd:LuxY1-xVO4系列混晶,并对其应用前景进行了客观评价。首先,采用提拉法生长了六种不同组分的Nd:LuxY1-xVO4混晶。通过X射线荧光分析法,对混晶中的元素进行了定量分析。测试结果表明：各组分混晶中Nd的原子百分比约为0.1%；Lu的原子百分比x约为10%、26%、41%、61%、67%、80%。采用X射线衍射仪对生长的晶体进行了结构表征,实验结果表明：Nd:LuxY1-xVO4混晶与YVO4和LuVO4晶体类似,具有锆石型结构,同属四方晶系,I41/amd空间群。为了表征各组分混晶的晶格完整性,我们采用高分辨X射线衍射仪对各组分混晶进行了检测,实验结果表明：混晶内部没有明显缺陷,具有相对良好的晶格完整性。其次,测试了各组分混晶的密度、比热、热膨胀、热导率以及材料常数等热学参量,研究了各热学参量随组分x的变化趋势。测试结果表明：随着混晶中Lu元素组分x的增大,混晶的密度近似线性增大；混晶的比热虽然呈现下降趋势,但是前三种混晶的比热高于Nd:LuVO4单晶,理论上它们应该具有相对较高的光损伤阈值；混晶的热膨胀各向异性呈现增大的趋势,但是都低于Nd:LuVO4单晶,这对于减少混晶在生长、加工以及应用过程中的热开裂是有利的；混晶的热导率和材料常数基本上都高于Nd:YVO4单晶,因而具有相对较高的散热能力和热应力承受能力,这将有利于混晶在较高泵浦功率下的应用。再次,测试了各组分混晶的吸收光谱和荧光发射光谱,并根据J-O理论计算了各组分混晶的上能级寿命以及发射截面等光谱参量。测试结果表明：Nd:LuxY1-xVO4混晶的809nm吸收半峰宽度远大于Nd:YVO4和Nd:LuVO4单晶,存在明显的非均匀加宽现象；随着混晶中Lu元素组分x的增大,上能级寿命τ呈现出递减的趋势,但是它们都大于Nd:LuVO4单晶的上能级寿命,并且前三种混晶的上能级寿命相对于Nd:YVO4单晶也有了一定程度的提高；混晶的发射截面σ-1064呈现出与上能级寿命τ相反的变化趋势。最后,在四能级系统速率方程的基础上,推导出描述连续激光输出性能的相应表达式；基于激光增益介质激发态反转粒子数与谐振腔内光子数之间的相互关系,采用速率方程分析了被动调Q脉冲的形成过程以及各种参量对激光脉冲的影响。由以上理论分析作为指导,实现了高效的连续及被动调Q激光运转。对于Nd:Lu0.10Y0.90V04混晶,在最大吸收泵浦功率为6W,输出镜透过率T=15%的情况下,使用T0=77%的Cr：YAG饱和吸收片作为被动调Q开光,获得的最大单脉冲能量和最高的峰值功率为169μJ、26.4kW,远大于Nd:YVO4单晶的36μJ、3kW以及Nd:LuVO4单晶的71μJ、4.4 kW,显示出明显的脉冲能量增强效应。