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TeO2晶体具有良好的双折射性能和很高的声光阈值,在光学放大器、光学开关器件等领域有着巨大的应用潜力。Nd:YLF晶体具有超大荧光线宽、较低的激光阈值,是一种出色的激光材料,在集成光电领域有着重要应用。在众多激光基质材料中,YbVO4晶体由于出色的低激光阈值、高的斜效率,在固体激光领域获得了广泛关注。本论文利用CASTEP模块计算了碳（C）替位碲（Te）掺杂α:TeO2体系的电子结构及光学性质,计算并分析本征α:TeO2及三种掺杂体系的微观结构及光学特性。研究结果表明,掺杂后体系的导带底下移,引起带宽减小。光学结果表明,C替位掺杂后,吸收及反射等特性发生显著改变、能量损耗峰值降低并发生红移。相关研究结果为C掺杂金红石结构α:TeO2的应用提供了理论基础。本文同时采用离子注入技术,结合SRIM拟合、拉曼光谱（Raman）、棱镜耦合、反射计算法（RCM）、光致发光光谱（PL）等测试方法研究了C离子注入TeO2晶体、硅（Si）离子注入Nd:YLF晶体、铒（Er）及C离子共注YbVO4晶体的结构、光学及光谱特性。相关研究内容如下:利用6.0 MeV、4.5×10144 cm-2的C离子辐照TeO2晶体。暗模特性结果表明形成了多个尖锐的位垒型导波模式。相关拟合结果表明,所形成的导波模式可以很好的限制在波导区域。利用4.5 MeV、1.0×10144 cm-2的Si离子辐照Nd:YLF晶体。棱镜耦合测试结果表明,在632.8 nm波长激发下,形成了寻常光“折射率增加型”单模光波导结构。相关拟合结果表明,所形成的导波模式可以很好的限制在波导区域。利用808 nm的激光泵浦,研究了注入样品的荧光发射特性。光谱结果表明Si离子注入可以显著提高荧光发射特性。利用Er/C离子共注YbVO4单晶。棱镜耦合结果表明注入后样品形成了“折射率增加型”平面光波导结构。相关拟合结果表明,所形成的导波模式可以很好的限制在波导区域。采用980 nm激发光源,研究了注入样品的荧光发射特性。并探讨了可能的荧光上转换发射机制。相关研究结果对基于离子注入TeO2、Nd:YLF及YbVO4的应用具有重要参考。