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随着激光二极管(LD)逐步取代传统的闪光灯作为固体激光器的泵浦源,探索新型适合LD泵浦的掺稀土离子的激光晶体成为研究热点.本论文围绕这一研究热点结合本所的研究优势对钒酸盐激光晶体开展了研究创新工作.本论文首先对激光晶体的发展历史作了简要的概述,并介绍钒酸盐系列激光晶体的特性要求和研究现状;介绍了研究工作所需要的晶体生长方法以及原理、对晶体性质进行表征的X射线粉末衍射技术、吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命测试技术和固体激光器的工作原理;介绍了激光晶体的光谱特征和振荡特性、稀土离子的晶体场理论基础和能级构成以及光谱分析方法.本论文研究了掺Nd<3+>,Er<3+>和Yb<3+>的LuVO<,4>和LaVO<,4>晶体的生长、光谱和激光性能.采用提拉法,分别生长出了Er<3+>:LuVO<,4>、Yb<3+>:Er<3+>:LuVO<,4>、Yb<3+>:LuVO<,4>、Nd<3+>:Yb<3+>:LuVO<,4>和Nd<3+>:LaVO<,4>晶体.对各个晶体进行X射线粉末衍射物相分析、光学均匀性测定和热学性能等性能表征.在室温下测量了Er<3+>:LuVO<,4>、Yb<3+>:Er<3+>:LuVO<,4>、Yb<3+>:LuVO<,4>和Nd<3+>:Yb<3+>:LuVO<,4>品体的偏振吸收光谱、偏振荧光光谱以及荧光寿命,并根据J-O理论、倒易法和F-L公式计算了它们的光谱参数.Er<3+>:LuVO<,4>、Yb<3+>:Er<3+>:LuVO<,4>、Yb<3+>:LuVO<,4>和Nd<3+>:Yb<3+>:LuVO<,4>晶体的室温吸收谱和荧光谱都表现出偏振性,强度均是E∥C方向的大于E⊥ C方向.我们对比了Er<3+>:LuVO<,4>和Yb<3+>:Er<3+>:LuVO<,4>晶体光谱参数的变化.发现Er<3+>:LuVO<,4>晶体中掺入Yb<3+>离子后Er<3+>离子的唯象强度参数均有所增大,990nm附近的吸收跃迁截面为Er<3+>和Yb<3+>离子的叠加,而且1540nm附近的荧光寿命也有所增长,这是由于Yb<3+>对Er<3+>离子的敏化作用引起的,还从理论上分析了这种敏化作用的机制并计算了能量转移几率C<,DA>=2.88×10<-38>cm<6>s<-1>.Yb<3+>:LuVO<,4>晶体在985nm处有很强的吸收峰,其半峰宽分别为9-12nm,吸收跃迁截面为5-6×10<-20>cm<2>,非常有利于InGaAs半导体激光泵浦.且它们都有很强的发射跃迁截面(12-15×10<-21>cm<2>)和大的半峰宽(60-90nm).饱和泵浦功率密度比较小,有利于降低激光输出阈值.从发射跃迁截面和泵浦功率密度的关系、光谱参数和荧光寿命的数据比较可以得出:在LuVO<,4>晶体中Yb<3+>离子的最佳掺杂浓度为5％at左右.Nd<3+>:Yb<3+>:LuVO<,4>晶体中Nd<3+>离子在810nm波长的吸收跃迁截面为12.2-41.9×10<-20>cm<2>半峰宽为5-7nm.掺入Nd<3+>离子后,Yb<3+>离子的发射跃迁截面为11.6-15.9×10<-20>cm<2>,半峰宽为70-100nm比单掺Yb<3+>离子的增大了10nm左右,说明Nd<3+>和Yb<3+>离子之间进行了能量转移,并对它们之间的能量转移机制进行了分析,计算了能量转移几率C<,DA>=45.6×10<-39>cm<6>s<-1>.结果表明:该晶体很适合用810nm左右的泵浦源激发,而且该晶体在Yb<3+>离子的荧光发射具有宽的半峰宽和大的发射跃迁截面,这对于激光晶体都是十分有利的.在室温下测量了Nd<3+>:LaVO<,4>晶体的吸收光谱、荧光光谱以及荧光寿命.发现Nd<3+>:LaVO<,4>晶体在808nm左右的半峰宽为20nm,是Nd<3+>:GdVO<,4>晶体的四倍,是Nd<3+>:YVO<,4>晶体的十倍,这样宽的吸收峰有利于激光晶体对LD泵浦光的吸收.而且它的荧光寿命也比其他两种晶体长,在Nd<3+>离子的掺杂浓度达到3.5％at时,它的荧光寿命还有137 us,这说明在LaVO<,4>晶体中Nd<3+>离子的浓度猝灭效应较小.该晶体在1064nm左右的发射跃迁截面为6.10×10<-20>cm<2>.它的理论量子效率达到65.6％.这些特性对于提高晶体的激光输出都是十分有利的.从晶体的脉冲激光实验结果可以看到,当透过率T=25.27％时Nd<3+>:LaVO<,4>晶体的1.06μm激光输出总效率为0.32％,斜效率为1.28％,最低激光输出阈值为0.23J,激光为线性偏振光.