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紫外激光在生命科学、材料科学、医疗、军事、精密微加工等方面有着广泛的应用，通过紫外非线性光学晶体进行激光频率转换是获得全固态紫外激光的主要途径。目前，紫外非线性光学晶体主要为硼酸盐系列晶体。本论文利用高温共焦显微Raman光谱技术，对BBO、CBO等重要硼酸盐非线性光学晶体及其生长体系进行了实时观测研究，获取了晶体、高温熔液及边界层的微观结构信息，分析并预测了晶体生长习性，尝试揭示了晶体生长微观机理。基于高温Raman光谱研究结果，优化CBO晶体生长体系的组分及比例，获得了低挥发、低粘度、生长温度适中的稳定生长体系。通过优化温度梯度、降温速率、旋转速率等生长工艺参数，生长出大尺寸、高光学质量CBO晶体。系统表征了生长出的CBO晶体性能，实现了高功率355nm激光的稳定输出。主要内容与结果如下: 1.利用高温Raman光谱研究了BBO晶体相变;基于第一性原理，采用Castep程序计算了BBO晶体生长体系BaO-B2O3-Na2O的Raman光谱，计算结果与实验结果吻合良好，表明生长溶液中的B-O基团主要为[BO2(0)BO(O)B=O]3-链[B3O6]3-环及B-O长链;以NaF为助熔剂的BBO生长体系BaO-B2O3-NaF溶液的Raman光谱与BaO-B2O3-Na2O溶液相同，表明两种体系所含B-O微观结构相同;通过精确控温获得了BaO-B2O3-Na2O体系和BaO-B2O3-NaF体系稳定的BBO晶体生长边界层，边界层结构类似;边界层处的Raman光谱结果表明边界层区域是[BO2(0)BO(O)B=O]3-链向[B3O6]3-环转变的区域，[B3O6]3-环与Ba2+-起构成BBO晶体的基本结构基元;根据Raman光谱结果以及PBCs理论，分析了BBO晶体的结晶习性，{1210}面是BBO晶体的最易显露面，与实验得到的BBO晶体结晶形貌一致。 2.研究了CBO晶体生长体系Cs2O-B2O3-MoO3高温Raman光谱，首先基于Raman光谱结果讨论了生长体系的高温溶液及室温玻璃的微观结构，结果证明熔液中MoO4四面体有效地打破了B-O基团的空间网络结构，降低了体系粘度。CBO晶体生长边界层处的Raman光谱结果表明，边界层区域实际是三配位硼向四配位硼转化的区域，即B3(0)7形成的区域，厚度大约为50μm。根据PBCs理论，分析了CBO晶体的结晶习性，CBO晶体的最易显露面是(011)，其次是(101)面，与预期CBO晶体形貌一致。 3.针对含有BO3基团的晶体BaCaBO3F(BCBF)、Ba3Sr4(BO3)3F5(BSBF)、Ca5(BO3)3F(CBF)、BaAlBO3F2(BABF)、YAl3(BO3)4(YAB)进行了Raman光谱研究，分析了室温Raman光谱不同的原因，主要与BO3基团的对称性及其共用氧原子数有关。研究了上述晶体的升温Raman光谱，BCBF、BSBF、CBF晶体在升温过程中发生了相变，而YAB与BABF晶体在升温过程中没有相变发生。Raman成像结果表明，除CBF含有少量杂相外，其余晶体的质量良好。 4.研究了Cs2O-B2O3-MoO3生长体系的粘度、挥发度及微观结构，结果表明，MoO3的引入不仅有效打破B-O空间网状结构，降低了体系粘度，而且降低了晶体生长温度，减少生长过程中的组分挥发，提高了生长体系稳定性。通过优化配比及生长工艺，采用顶部籽晶法从Cs2O-B2O3-MoO3体系中生长出无散射的CBO晶体，适宜的Cs2O∶B2O3∶MoO3摩尔比为2.0∶3.0∶2.5，晶体尺寸达到45×45×61 mm3(410.36g)。晶体的摇摆曲线、紫外透过光谱、光学均匀性、激光损伤阈值、弱吸收，测试结果表明晶体具有较高的光学质量。 5.系统的表征了生长出的高质量无散射颗粒的CBO晶体的热学，电学及光学性能。CBO晶体比热高于BBO，但低于LBO、CLBO;与LBO、CLBO类似，CBO晶体三个主轴方向的热膨胀系数呈现明显的各向异性，且在c轴方向表现为负的热膨胀系数;CBO晶体的热导率小于LBO，而与BBO相当。采用激光自准直法测量了CBO晶体在不同温度下的折射率，拟合出与温度有关的Sellmeier方程，进而能更准确预测CBO晶体在不同温度下的相位匹配方向。 6.研究CBO晶体的三倍频激光输出性能，角度带宽△ψ×L为2.94 mrad-cm，温度带宽为12℃-cm。同等实验条件下，CBO晶体THG输出功率及转换效率均高于LBO晶体。采用CBO晶体三倍频获得的355 nm最高激光输出功率为46.4 W，转换效率为35.4％。355 nm激光输出功率分别保持在22.6 W及31.5 W五小时内，波动仅为0.52％及1.4％。此外，通过CBO晶体（θ=74.9°，ψ=90°）Ⅰ类相位匹配，实现了四倍频278 nm输出，获得了1.5W的最大输出功率，转换效率达到11.1％，拓展了CBO晶体的应用范围。