材料科学是现代文明的三大支柱（能源、信息、材料）之一,是人类文明的物质基础。晶体材料作为一种重要的功能材料,广泛应用于电子器件、半导体器件、固体激光器件以及光学仪器仪表工业的重要材料,同时又在实验固体物理学研究中起到重要作用。晶体生长属于材料科学并为其发展前沿,是化学、凝聚态物理、电子学与光学等学科的综合体现。主要的晶体材料包括:激光晶体、闪烁晶体、光学晶体、非线性光学晶体、光折变晶体、声光晶体、磁光晶体、单晶光纤、宝石晶体、压电晶体、金刚石超硬晶体、半导体晶体和纳米人工晶体等。主要的晶体生长方法按原料在晶体生长过程中的方式可分为:从溶液中生长晶体、从熔体中生长晶体和水热法生长晶体。光学浮区法属于熔体法生长晶体的一种。掺杂不同离子的α-Al2O3晶体呈现不同的颜色,具有高硬度（仅次于金刚石）,高温化学稳定性,高热传导性在工业、装饰、医疗器械、光学等领域发挥日益重要的作用。常见的制备不同离子掺杂的α-Al2O3晶体的方法有:温度梯度法制备掺Cr³⁺的红宝石晶体;焰熔法制备掺Ti³⁺的钛宝石晶体;坩埚下降法生长掺Ti³⁺的钛宝石晶体;提拉法生长掺Cr³⁺的红宝石晶体。提拉法是生长晶体最普遍的方法,但是由于α-Al2O3熔点在2050 oC,普通的铱金坩埚或钼坩埚根本承受不了如此高的温度,如果生长晶体过程中使用铱坩埚,坩埚容易被氧化从而在晶体中形成Ir的包裹体,影响晶体质量。因此,无需坩埚的光学浮区法正是生长α-Al2O3基晶体的理想选择。本工作采用光学浮区法制备出了? 6-8 mm、长度为60-80 mm的A:Al2O3 （A=Cr, Fe, Ni）晶体。晶体的生长方向为<001>方向,X-射线双晶摇摆半高宽为0.089 o,表明A:Al2O3 （A=Cr, Fe, Ni）晶体具有良好的晶体质量。本文还讨论了熔区的形状和稳定性,原料棒,温场分布,生长速度,旋转速度,固液界面形状等各种影响A:Al2O3 （A=Cr, Fe, Ni）晶体生长的因素。通过X-射线、偏光显微镜、扫描电镜研究了光学浮区法生长的A:Al2O3 （A=Cr, Fe, Ni）晶体的气泡、胞状结构、溶质尾迹和位错等缺陷。深入研究上述缺陷的特性和产生原因,提出了有效减少和控制缺陷的措施,优化了生长工艺,提高了晶体的质量,并对A:Al2O3 （A=Cr, Fe, Ni）晶体光谱性能、介电性能进行了研究。