稀土元素占据晶格单元中某一格点的晶体称为稀土晶体,因稀土元素特殊的电子结构,稀土晶体具有良好的光学性质。在可见光波段,稀土晶体的荧光强度可用作生物组织的温度测量,此外基于稀土晶体的激光器在显示方面具有应用;在红外波段,稀土晶体辐射的荧光有很宽的波长范围,作为红外激光器增益介质,涵盖了C-H、O-H和N-H等化学键的特征吸收指纹,在分子检测方面具有应用价值。本论文对掺Er和Dy两类稀土晶体的荧光特性开展了研究,测试了稀土晶体在可见光和红外波段的频率上转换和频率下转换荧光光谱,并探究了掺杂离子浓度、多元素共掺和不同晶体基质对荧光特性的影响规律,研究结果对于新型稀土晶体激光器研制具有参考价值。论文的主要研究工作包括:1.测量并分析了不同掺杂浓度的Er:Y3Sc2Ga3O12晶体的上转换荧光和红外荧光特性。测试结果表明,在980 nm激光泵浦作用下,Er:Y3Sc2Ga3O12晶体在550nm和670 nm波长处具有上转换荧光辐射,同时在2.8μm波长处具有很强的红外辐射;Er3+离子的能级跃迁分析表明上转换荧光由双光子过程产生,而2.8μm波长处的红外荧光由~4I11/2和~4I13/2两个激发态之间的跃迁产生。此外,实验结果还表明,上转换荧光和红外荧光强度都依赖于掺杂浓度,当掺杂浓度为30 at.%时荧光强度最大。2.测量了多元素共掺的Er,Cr,Tm:Gd3Ga5O12晶体的上转换荧光和红外荧光特性。测试结果表明,除了与Er:Y3Sc2Ga3O12晶体类似的550 nm和670 nm上转换荧光以及2.8μm处的红外荧光,Er,Cr,Tm:Gd3Ga5O12晶体在2μm波长处出现额外的荧光峰,该荧光峰由Er3+和Tm3+之间的能量传递导致Tm3+离子中~3F4激发态到~3H6基态跃迁而产生。此外,测量结果还显示随着泵浦功率的增加,2μm处Tm3+离子荧光强度发生饱和现象,而Er3+离子在2.8μm处的荧光则无饱和现象。3.测量了Dy3+离子掺杂晶体的荧光特性,研究了Dy3+离子浓度、不同基质和离子共掺杂对荧光的影响。结果表明,Dy:YAG晶体分别在500 nm、576 nm、669nm和756 nm处具有荧光峰,荧光强度在2 at.%的掺杂浓度时最大;当基质换成Sr F2和Ca F2时,荧光峰的波长不变,但各个荧光峰的相对强度发生变化;在Sr F2和Ca F2晶体中,Dy分别与Eu和Y的共掺对荧光波长影响不大,但在YAG晶体中,Dy,Ce,Tb和Dy,Cr,Tb三元素共掺导致荧光光谱的谱宽发生显著变化。