本研究采用提拉法生长了无宏观缺陷、光学均匀性较好的具有不同掺Zn(3、6和7mol%)及掺Er(1.5和3mol%)量组合的Zn:Er:LiNbO3单晶。研究了最佳生长工艺参数。测试了Zn:Er:LiNbO3晶体的紫外-可见吸收光谱,红外透射光谱,上转换稳态发射谱,上转换时间分辨谱,上转换功率曲线及抗光致散射能力。通过紫外-可见吸收光谱和红外吸收光谱的测试研究了Zn:Er:LiNbO3晶体的缺陷结构及Zn2+和Er 3+的占位情况,确定了Zn 2+在Zn:Er:LiNbO3晶体中的阈值浓度。研究结果表明,Zn2+在Zn:Er:LiNbO3晶体中的阈值浓度为6mol%。当掺杂浓度小于阈值浓度时,Zn2+是以取代反位铌缺陷的形式进入晶体的,当掺杂浓度大于阈值浓度时,Zn2+开始进入正常晶格的Li位和Nb位,形成Zn Li + -Zn Nb 3-缺陷基团。而Er 3+则是以取代正常格位的Li +和Nb5+的方式进入晶体,形成铒离子团位束Er Li 2+ -Er Nb2-。研究了Zn 2+和Er 3+的掺杂量对于Zn:Er:LiNbO3晶体绿光波段上转换性能的影响。研究表明,Zn2+和Er 3+掺杂浓度的提高,都使得Zn:Er:LiNbO3的上转换发光强度得到增强。通过对绿光上转换功率曲线的分析,首次发现当Zn2+的掺杂浓度达到阈值浓度时,绿光上转换机制由双光子过程转换为光子雪崩过程。研究了Zn:Er:LiNbO3晶体的抗光损伤性能,分析了Zn2+掺杂浓度对晶体抗光损伤性能的影响,结果表明Zn2+掺杂浓度的提高使晶体抗光损伤性能增强,当Zn的掺杂浓度达到阈值浓度时,晶体的抗光损伤能力提高四倍以上,这对于晶体的上转换发光是有利的。研究表明,Zn(7mol%):Er(3mol%):LiNbO3是本系列晶体中上转换发光性能最为优良的。