激光技术的发展历程表明“一代材料、一代器件、一代技术”，激光材料是激光技术发展的核心和基础。目前制约固体激光系统向更高效率、更高功率、更大能量发展的核心问题是增益介质能量转换效率低、热管理能力差及ASE效应等问题。激光透明陶瓷材料的制备优势有望突破固体激光面临的热管理瓶颈、解决ASE效应、并有效提升能量转换效率，已经成为满足高重频大能量激光系统的主要发展增益介质之一。　　Nd∶LuAG激光陶瓷材料具有高热导率(～8W/m·K)、较长荧光寿命(＞220μs)和合适的发射截面(9.7×10-20cm2)，可满足重频固体激光系统对增益介质的需求。同时，其约2J/cm2的饱和通量既可以保证激光系统数倍增益介质饱和通量运行，实现高效能量提取，又可保证光学元件工作在损伤阈值以下，降低激光系统及其光学元件损坏的风险和系统的维护成本，提高激光系统的运行效率。但是大尺寸Nd∶LuAG激光陶瓷材料仍然面临着泵浦效率较低、横向ASE效应严重、热管理能力偏低等问题。基于此，本论文在研究优化Nd∶LuAG透明陶瓷制备工艺的基础上，通过能带设计，提升增益介质泵浦效率:通过Cr离子敏化，材料荧光寿命由Nd∶LuAG激光陶瓷的～220μs增长到～600μs，吸收带宽由760、808nm等几个窄吸收峰拓宽为350-740nm的宽吸收带，有效提高材料储能能力及泵浦效率;通过复合结构设计，提升材料热管理性能:采用直接热键合方法和单晶陶瓷化方法研究制备了YAG/Nd∶LuAG基系列复合激光陶瓷，有效提升材料热管理性能，并为波导结构、薄片激光器增益介质和方形包边结构的研制奠定一定的理论和实验基础;通过包边结构设计，消除增益介质ASE效应:利用Sm离子对材料进行包边处理，有效吸收激光增益介质中的横向光，解决大口径激光增益材料ASE效应和寄生震荡现象。基于上述研究内容，本论文主要包括以下四个方面:　　1.Nd∶LuAG激光陶瓷制备工艺改进及材料性能研究　　通过烧结助剂SiO2和MgO对样品晶界自由能进行调控，实现晶界迁移速度和气孔迁移速率相匹配，从而达到真空烧结样品气孔尺寸和气孔位置的控制，并且利用工艺改进后的真空烧结+热等静压两步烧结法成功制备晶粒微化、散射损耗仅0.2％cm-1的高光学质量Nd∶LuAG激光陶瓷。利用所制备材料进行激光实验，实现2.5W斜效率42.1％的连续激光输出和100Hz单脉冲能量为11mJ、脉冲宽度7ns、脉冲峰值功率1.57MW的脉冲激光输出。　　2.Cr,Nd∶LuAG激光陶瓷制备与研究　　基于“能带工程”及能量传递途径和效率的理论推演，开展Cr敏化Nd∶LuAG激光陶瓷体系材料研究。通过对Cr敏化Nd∶LuAG激光陶瓷中敏化离子浓度调整，实现敏化离子与激活离子之间的高效能量传递、最大限度提高泵浦效率。利用温度、助剂等调控陶瓷晶界自由能，成功制备了晶粒微化、气孔率低、散射损耗仅0.2％cm-1的高光学质量Cr敏化Nd∶LuAG激光陶瓷。在此基础上，研究了该体系材料的激光性能，实现了多泵浦波段的1064nm激光输出。验证了材料上能级能量的有效传递。　　3.YAG/Nd∶LuAG基复合激光陶瓷体系的制备与研究　　以解决固体激光系统中热管理能力差的问题为出发点，深入研究相关问题产生机理，通过材料结构设计，利用一步热键合法成功制备YAG陶瓷/Nd∶LuAG基激光陶瓷体系材料，系统研究键合机理、键合区域显微结构，并利用首次提出的“单晶陶瓷化”方案成功制备了高质量YAG单晶/Nd∶LuAG基激光陶瓷体系，提升了键合材料质量，并有效提升材料热管理性能。　　4.Sm∶LuAG包边Nd∶LuAG基激光陶瓷体系的制备与研究　　通过结构设计，采用对1064nm有强吸收的Sm离子对大口径圆形Nd∶LuAG基材料进行包边，以解决大口径Nd∶LuAG基激光陶瓷横向ASE效应。利用一步成型法对所设计材料进行成型，利用两步烧结法实现了高质量的增益中心为ψ50mm包边厚度为7mm的复合激光陶瓷制备，并对材料相关性质进行研究。