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人类社会的进步离不开新材料的发展,而新材料的开发和应用又推动着科学技术的发展和人类文明的进步。从1995年世界上第一块高质量YAG透明陶瓷开发至今,透明陶瓷已走过了20多个年头。倍半氧化物、石榴石型氧化物、硅酸盐体系等透明或半透明陶瓷被广泛用于透明窗口、无机闪烁体、LED和固态激光激励介质等方面。与YAG基质相比,Yb3+离子掺杂的镥铝石榴石(Yb3+:Lu AG)具有大的有效原子序数Zeff、发射截面且能在高掺杂浓度下保持良好的导热系数。因此,Yb3+:Lu AG单晶和陶瓷被广泛用作为固态激光的基质材料。高光学质量的晶体一直以来是各类激光材料的主要选择。然而高熔点的Lu AG单晶生长温度高、尺寸受限且易引入反位缺陷,一定程度上影响了单晶材料的应用。对一些特殊的立方结构材料,现有的透明陶瓷技术有可能实现大尺寸、高功率、低成本的透明陶瓷激光输出。因此,开发具有光学级Yb3+:Lu AG透明陶瓷、研究其光学性能、设计组合成高效率的固体激光器具有重要的意义。当下,激光级的Yb3+:Lu AG透明陶瓷主流制备技术有两类。一类是以World Lab为代表的固相反应真空烧结技术,另一个是以日本神岛化学公司为代表的纳米晶真空烧结技术。国内外,从事固相反应烧结法的研究团队颇多,相关研究几乎涵盖了所有的材料体系,透明陶瓷制备及其激光性能的报道也很多。然而,纳米晶真空烧结技术也仅有极少数单位掌握了核心技术,鲜有陶瓷制备的细节报道。本论文选取Yb3+:Lu AG为研究对象,提出一种纳米晶无压氢气烧结技术,系统开展Yb3+:Lu AG纳米粉体的合成、透明陶瓷烧结及Yb3+:Lu AG透明陶瓷的激光性能研究:（1）采用反向滴定共沉淀工艺合成出具有粒度分布均匀、烧结活性好的Lu AG纯相纳米晶粉体。研究表明,pH值对粉体合成具有重要的影响。本论文优化的沉淀剂的pH值为8-8.2之间、沉淀终点pH为6.4左右。（2）除了沉淀pH值,前驱体的煅烧对粉体的烧结活性影响较大。前驱体的TG-DSC分析表明,采用反滴共沉淀法的前驱在1016℃就有Lu AG相形成,当煅烧温度在1100℃-1400℃时,Lu AG纳米粉体的一次颗粒尺寸在50-200 nm范围。当粉体煅烧温度升高至1350℃及以上时,煅烧后的地粉体出现预烧结现象,不利于烧结致密化。而煅烧温度控制在1300℃以内,即便相邻Lu AG颗粒间出现少量的“颈”接,但不影响陶瓷烧结的透明性;（3）在流动氢气气氛下,1700℃/5 h即可获得具有较好透明性的Lu AG陶瓷。随着烧结温度的提高、保温时间的延长至10h,Lu AG透明陶瓷的在可见光波段（400-800 nm）整体透过率达到80%以上（2.5 mm厚）,实践证明本论文的反滴共沉淀和无压氢气烧结是制备Lu AG透明陶瓷的有效方法;（4）在工艺优化基础上,本论文提出纳米晶无压氢气烧结技术（NC-PLSH）在1800℃保温20 h成功制备出了激光级的3at.%Yb3+:Lu AG透明陶瓷。光学均匀性分析表明,2.5 mm厚的陶瓷样品与商业YAG单晶的光学均匀性相当,波前畸变为0.89λ,具备了开发高性能Yb3+:Lu AG陶瓷激光器的基础;（5）采用940 nm的激光二极管单管为泵浦光源,以自制的3at.%Yb3+:Lu AG透明陶瓷微片（micro-chip）为激光介质,在无水冷的条件下,成功实现了0.91 W的连续激光输出,激光输出波长为1030 nm,光光转化效率达到58%;（6）与俄罗斯科学院应用物理研究所合作,采用大功率的激光二极管为泵浦光源,以自制的3at.%Yb:Lu AG透明陶瓷薄片（thin-disk,厚度为0.3μm）为激光介质,首次尝试使用12通道的泵浦光路,成功实现了206 W的连续激光输出,最大斜率效率达到54%。（7）基于Lu AG和Yb3+:Lu AG透明陶瓷的纳米晶无压氢气烧结技术,成功制备了4at.%Tm3+:Lu AG和7at.%Yb3+,4at.%Tm3+共掺Lu AG透明陶瓷,晶粒尺寸约为2-5μm,厚度为1mm的样品在可见光波段的直线透过率达到81%。高质量的Tm3+:Lu AG透明陶瓷是实现2.0μm波段的高效激光材料之一,有望用于人眼安全激光和雷达探测领域。本论文提出的纳米晶无压氢气烧结技术,能够在不添加烧结助剂的情况下,制备出光学级的Yb3+:Lu AG细晶粒透明陶瓷,晶粒尺寸约为1-5μm。是继固相反应真空烧结和纳米晶真空烧结技术之后成功制备激光级Lu AG透明陶瓷的又一有效途径。通过Yb3+:Lu AG的制备-结构-光学质量-激光性能的相互关系研究,有望为实现国产大功率Yb3+:Lu AG激光陶瓷的高效激光输出打下基础。