本论文首先介绍了～3.0μm波段中红外激光的研究意义、实现方法和研究现状，分析了已实现该波段激光的晶体，提出了本研究工作的主要目的。介绍了激光晶体中光谱参数计算的理论基础和研究中所涉及到的实验原理技术。　　 采用提拉法生长了一系列Er3+激活、多种敏化离子(Cr3+、Yb3+、Ho3+、Tm3+、Eu3+、Pr3+等)共掺的优质Gd3Ga5O12(以下简称为GGG)激光晶体。探讨了晶体生长过程中遇到的主要问题，对生长的晶体进行了相表征、光学质量测试、掺杂稀土离子浓度分析等。　　 详细研究了生长的Er3+激活、多种敏化离子共掺的GGG系列激光晶体的光谱性能，根据五种掺杂类型对其进行分述，即Er：GGG、Cr，Er：GGG、Er，Yb：GGG、Er，Pr：GGG、Cr，Er，Re：GGG(Re=Tm，Ho，Eu)系列晶体。在室温下分别对这些晶体进行了吸收光谱、荧光光谱、荧光衰减曲线等一系列的光谱测试研究。利用Judd-Ofelt理论对Er：GGG晶体进行光谱理论计算，得到一些重要的光谱参数，包括三个J-O强度参数、辐射寿命和荧光分支比等，对Er3+离子的浓度变化对光谱性质的影响进行了细致的分析。对于双掺和三掺的Er：GGG系列晶体中共掺敏化离子引起的光谱性质、光谱参数等的变化进行了比较和分析，详细研究了共掺敏化离子对Er：GGG的作用，探讨了敏化效应和能量传递机理。结果表明：在Er：GGG中分别掺入合适浓度的Cr3+，Yb3+离子之后，分别在654nm、972nm左右出现宽且强的吸收峰，非常适合采用商业化的氙灯或980nmLD泵浦，采用这两个波长的光泵浦，实现了～3.0μm波段强的荧光发射。而共掺合适浓度的Pr3+、Tm3+、Ho3+、Eu3+等离子有助于消除Er：4I11/2→4I13/2跃迁的自终态瓶颈效应，并同时抑制近红外波段发光、上转换荧光等竞争发光渠道，从而有利于实现～3.0μm波段的激光。在大量光谱分析的基础上，从中筛选、优化出最有利实现该波段激光输出的晶体掺杂方案及掺杂浓度。　　 将筛选优化出来的几种晶体加工成器件、镀膜进行激光性能测试研究：采用氙灯泵浦，在Φ6×80mm的Er，Pr：GGG优质晶体棒上实现了最大平均输出功率为297mJ/脉冲的激光输出，中心波长为2.75μm；采用965nm的半导体LD激光泵浦源抽运，Er：GGG晶体上实现了～2.7μm波段20μw的连续激光输出。　　 通过本论文较为系统的研究工作，我们首次发现Er3+激活，Cr3+、Yb3+、Pr3+、Eu3+等敏化离子共掺的Gd3Ga5O12晶体是一类非常优秀的中红外激光晶体材料。该工作不仅提供了提高～3.0μm中红外激光输出功效的有效办法，而且为Er激活的Gd3Ga5O12中红外激光器推向市场提供了研究基础和依据。