2μm波段的光波具有被水强吸收、对人眼安全、可用石英光纤传输等优点,在军事、医疗和环境保护中有着广泛的用途。作为2μm波段激光器的工作物质,Tm: YAlO3 （Tm: YAP）晶体具有掺杂浓度高、生长速度快、转换效率高、偏振激光输出等优点,是具有应用潜力的新型固体激光材料。本研究围绕Tm: YAP晶体的生长工艺、缺陷类型及光学性质展开,通过X-射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、同步辐射（SRWBT）等分析手段和热膨胀系数测量、分光光度计、干涉仪等测试手段,系统研究了Tm: YAP晶体的生长规律、着色机理、光学特性等,取得以下主要结果:采用中频感应加热提拉法生长Tm: YAP晶体,研究了掺杂浓度、籽晶取向、拉速和转速对晶体质量的影响规律,消除了晶体生长中出现的开裂、包裹物等缺陷,提出了适合Tm: YAP晶体生长的工艺参数。成功生长了不同掺杂浓度、不同晶轴取向的Tm: YAP晶体,晶体尺寸为φ（23～25）mm×（90～110）mm。部分晶体具有较好的结构完整性和光学质量。对制备的晶体进行XRD分析,确认主相为钙钛矿YAP相;测定了Tm³⁺在YAP晶体中的分凝系数为0.88,Tm³⁺沿晶体轴向分布较为均匀。详细研究了Tm: YAP晶体的常见缺陷。测量了沿晶体主轴方向的热膨胀系数,分别为αa=11.9458×10^-6 /K,αb=5.0012×10^-6 /K,αc=10.5439×10^-6 /K,定量解释了沿b轴方向生长晶体不易开裂的原因,揭示了引起Tm: YAP晶体开裂的主要原因是热膨胀系数的各向异性。确定了Tm: YAP晶体的腐蚀条件,对不同晶面的位错腐蚀坑进行了观察,发现蚀坑形貌符合晶体的结构对称性。在沿b轴生长的Tm: YAP晶体的（010）面上发现了呈十字分布、位错蚀坑密度不同的区域,经分析是晶体生长过程中径向应力在（1|-01）滑移面上分切应力作用的结果。在沿c轴生长的Tm: YAP晶体中发现了孪晶及消光现象,为了减少晶体生长过程中孪晶的产生,必须尽量减小温度梯度。在扫描电镜下观察到基体中弥散分布有一些尺度为几十微米、形状不规则的散射颗粒夹杂,EDS分析证实夹杂中含有一定的C元素;此外,还发现基体中存在形状规则的铱颗粒。在掺杂浓度为10at%的Tm: YAP晶体中发现了小面的存在,经XRD分析确认为（110）面。本研究首次采用同步辐射X射线形貌术对晶体的隐形缺陷进行了观察。同时,结合晶体的生长条件分析了缺陷的成因,提出了消除缺陷的工艺措施。通过对晶体进行退火和γ射线辐照处理,研究了Tm: YAP晶体的着色机理。研究表明晶体生长过程中偏离化学计量比、杂质Fe³⁺、O^-心、F⁺心以及它们之间的耦合组成的缺陷是造成晶体着色的重要原因,为深入研究YAP晶体的色心奠定了基础。测定了室温下不同掺杂浓度、不同取向Tm: YAP晶体的偏振吸收光谱。结果表明:该晶体在795nm波长附近有较强的吸收峰,对应于³H₆→³H₄的能级跃迁。在检测范围内,随着Tm³⁺掺杂浓度的增加,晶体吸收性能提高。对于a轴偏振方向来说,最强的吸收峰位于794nm,吸收截面为8.64×10^-21cm²;而对于b轴和c轴取向来说,最强的吸收峰均位于793nm,吸收截面分别为9.22×10^-21cm²和6.80×10^-21 cm²。因此,选择b轴取向的晶体作为激光工作物质,可以获得更高的激光输出效率。研究了偏光方向对Tm: YAP晶体吸收光谱的影响。对π谱来说,最强的吸收峰位于794nm,其吸收截面为7.30×10-20cm2,半高宽FWHM为29nm;而对于σ谱,最强的吸收峰位于793nm,其吸收截面为18.30×10^-20cm²,FWHM为25nm。与掺铥的其它激光晶体相比,Tm: YAP具有较大的吸收截面和FWHM,适于LD泵浦。研究了Tm: YAP晶体的荧光光谱。光谱中心波长位于1.86μm,发射截面为4.5×10^-21cm²,相应的荧光寿命为4.8 ms,表明该晶体具有较高的储能特征,有利于获得低阈值高效率的2μm波段激光输出。由于存在浓度淬灭效应,Tm: YAP中Tm³⁺的最佳掺杂浓度在4～6at%之间。根据Judd-Ofelt理论计算了Tm³⁺在Tm: YAP晶体中的各种光谱参数。Tm³⁺离子的唯象强度参数:Ω₂=0.93×10^-20 cm²,Ω₄=2.23×10^-20 cm²,Ω₆=1.12×10^-20 cm²。在此基础上,获得了多项其它光谱参数,并据此分析了晶体产生各向异性的原因。根据计算得到的光谱参数,预测了Tm: YAP晶体的激光输出特性。