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全固态双波长激光在检测、医疗、差分吸收激光雷达，尤其是非线性差频产生太赫兹波方面有着重要的应用。Yb3+离子激活的激光晶体中容易得到频率间隔在太赫兹范围内的双波长激光，且波长差可调谐。另外，随着GaN蓝光LD(GLD)的不断发展，寻找能直接泵浦实现可见光波段激光输出的激光材料成为研究热点。而Sm3+和Dy3+离子激活的晶体材料均正好可由GLD泵浦实现550-650 nm范围内的可见光激光输出。 Ca3Ln2(BO3)4(Ln=Gd，La)晶体具有良好的化学稳定性;同成份融化，可采用提拉法生长;结构无序度高，晶体场强，易实现多波长输出;正交晶系，存在自然双折射，是一类优良的基质材料。因此，本论文选取Ca3Ln2(BO3)4(Ln=Gd，La)晶体做为基质材料，研究Yb3+离子激活产生的双波长激光性能，同时在Ca3La2(BO3)4晶体中分别掺入Sm3+和Dy3+离子，探索它们在可见光激光方面的应用前景，对拓宽固体激光器的运转波长具有重要的意义。其内容总结如下: 采用提拉法生长Yb3+，Sm3+，Dy3+离子掺杂的Ca3La2(BO3)4晶体。测得各种晶体中的掺杂离子浓度，并计算分凝系数。利用X-射线定向仪定出晶体结晶学主轴a,b，c。 沿着晶体的结晶学主轴分别加工用于光谱测试和激光性能测试的样品。分别测量了Yb3+，Sm3+，Dy3+离子掺杂的Ca3La2(BO3)4晶体的室温偏振吸收光谱、室温偏振荧光光谱和荧光衰减曲线。Yb∶Ca3La2(BO3)4晶体在976 nm附近的吸收半峰宽为10 nm，适合InGaAs LD泵浦。计算了Yb3+∶Ca3La2(BO3)4晶体的偏振吸收和发射截面，辐射寿命和增益截面。利用J-O理论分析了Sm3+∶Ca3La2(BO3)4和Dy3+∶Ca3La2(BO3)4晶体的光谱参数，拟合了它们的强度参数。并根据光谱特性，预测了晶体的激光性能，探讨了应用前景。 首先分别采用平-凹腔和平-平腔研究了Yb3+∶Ca3La2(BO3)4晶体的连续激光性能。对比a-切，b-切，c-切Yb3+∶Ca3La2(BO3)4晶体的激光性能，结果表明b-切晶体在3％凹面镜下，当吸收泵浦功率为7.56 W时，实现了3.88W的最高输出功率，斜率效率为62％。对于三块晶体，在输出功率最大时的输出激光均为单偏振，通过轻微调节输出耦合，均实现了双偏振激光输出。同时，对比a-切、b-切、c-切Yb3+∶Ca3La2(BO3)4晶体的声光调Q激光性能，结果表明b-切晶体中得到的平均功率最高、单脉冲能量最高、峰值功率最高、脉宽最窄，分别为2.37 W、0.5 mJ、42.56 KW、9 ns。在声光调Q模式下，三块晶体均实现双波长激光输出，波长间隔范围为3-6 nm。 在Yb3+∶Ca3Gd2(BO3)4晶体中实现了自调Q，正交双偏振激光输出。通过轻微调节输出耦合以减小菲涅尔损耗，实现了双波长双偏振激光输出:1052.6 nm处的E//b偏振和1057.7 nm处的E//c偏振，频率间隔为1.38 THz。在连续激光运转时还观察到了自调Q脉冲，这是在非线性重吸收效应和长的激发态寿命的双重作用下而实现的。在平均输出功率为416 mW的时候，脉冲宽度为287 ns，重复频率为35 kHz。这种自调Q效应使得激光输出的峰值功率提高到平均输出功率的100倍。这种结构简单的激光器，摆脱了腔内外加偏振调制器和Q开关而引起的复杂结构和昂贵造价，有望用于构建微型化的，集成的便携式激光系统。