对于3d³态过渡金属离子(如Cr³⁺，V²⁺等)掺杂晶体的光谱精细结构和EPR参量，国内外学者已经做了大量工作，然而这些工作大多是基于SO（spin-orbit）机制。事实上，这些离子除了考虑SO磁相互作用外，还受到其它的磁相互作用，如SS（Spin-Spin）与SOO（Spin-Other-Orbit）磁相互作用。本文基于晶体场理论，除考虑了前人普遍研究的SO磁相互作用外，也考虑了前人忽略的SS以及SOO磁相互作用。在中间场耦合图象下，考虑了d³态离子所有120个微观态，利用Racah不可约张量算符方法，获得了体系的完全能量矩阵。利用完全对角化方法获得了体系的光谱精细结构与全组态混合本征矢，并利用全组态基态本征矢结合自旋哈密顿理论建立了体系的全组态EPR理论。研究了SS与SOO机制对光谱及EPR参量的贡献，在此基础上提出了SO～SS～SOO联合作用机制。另一方面，从理论上研究了二重态对EPR参量的贡献。作为理论的应用，本文首次同时考虑SS与SOO作用，对红宝石(Al₂O₃：Cr³⁺)、绿宝石(Be₃Al₂（SiO₃）₆：Cr³⁺)和MgAl₂O₄：Cr³⁺晶体进行了系统的研究，理论与实验符合很好。