随着激光器技术的迅猛发展,激光晶体与玻璃的应用限制逐渐暴露出来,例如:晶体生产周期长,成本高,掺杂浓度不高,玻璃热学性能较差等。而透明陶瓷因具有光学均匀性好、机械性能好、热导率高、掺杂浓度高、制备周期短,生产成本低等优点,其制备与应用技术蓬勃发展。　　 本论文选择物化性能优良的Y2O3作为研究对象,通过粉体制备方法的比较与选择,烧结助剂的筛选,制备工艺的制定和优化,最终获得气孔率低、微观结构均匀、光学性能优良的透明陶瓷。并在此基础上制备了稀土离子掺杂的Y2O3透明陶瓷,详细研究了不同稀土离子掺杂Y2O3透明陶瓷的微观结构、机械性能、热学性能以及光谱性能,主要得到以下结果:　　 (1)采用化学共沉淀法制备Y2O3纳米粉体,但此工艺制备周期长,过程复杂,产量低,并且容易引入杂质。采用“固相球磨+真空烧结”的方法研究了MgO、TEOS和ZrO2三种烧结助剂对Y2O3透明陶瓷微观结构和透过率的影响,得出Y2O3陶瓷的最优烧结助剂为ZrO2,最佳添加量在3.0at.%左右,在1800℃保温20 h所得样品在近红外波段的透过率可达78.8%(2 mm厚),接近于理论值。　　 (2)制备了Yb3+离子掺杂浓度为1at.%-15at.%的Yb:Y2O3透明陶瓷,详细研究了Y2O3陶瓷的结构、热学性能、机械性能以及光学性能随Yb3+离子浓度的变化趋势。随着Yb3+离子浓度的提高,透明陶瓷的晶粒尺寸呈长大趋势,透过率略微下降。Yb:Y2O3透明陶瓷的热导率、维氏硬度和断裂韧性随Yb3+离子浓度的增加而下降,3at.%Yb:Y2O3透明陶瓷的热导率仍然高达7.1 W/m·K。　　 (3)测试并计算了Yb3+离子在Y2O3透明陶瓷中的光谱参数:947 nm和973nm处的吸收截面分别为0.959×10-20 cm2和1.175×10-20cm2,1032 nm和1075 nm处的发射截面分别为1.767×10-20 cm2和0.803×10-20cm2。1075 nm处的最小粒子分数βmin值为0.0085,远小于Yb:YAG晶体中的0.055,并且在1075 nm处实现激光输出的最小泵浦功率仅为131.8W/cm2,因此Yb:Y2O3透明陶瓷中在1075 nm最容易实现高功率激光输出。结合Yb3+离子的荧光强度和寿命,得出Yb3+离子在Y2O3透明陶瓷基质中的最优掺杂浓度在5at.%左右。　　 (4)制备了不同Nd3+离子掺杂浓度(1.0at.%-7.0at.%)的Y2O3透明陶瓷,并研究了其结构和光谱性能。在相同烧结条件下,Nd:Y2O3透明陶瓷的晶格常数和平均晶粒尺寸随Nd3+离子掺杂浓度的增加而增大。测试了Nd:Y2O3透明陶瓷的吸收、荧光光谱及荧光寿命,Nd3+离子掺杂浓度为1.0at.%时,荧光强度最高,荧光寿命高达258.5μs,得出Nd3+离子在Y2O3透明陶瓷基质中的最优掺杂浓度为1.0at.%左右。　　 (5)通过J-O理论详细计算了Nd3+离子主要跃迁的光谱参数:4F3/2→4IJ(J=4I9/2,4I11/2,4I13/2和4I15/2)的荧光分支比分别为40.2%,49.8%,9.5%和0.5%;804 nm处的吸收截面为1.54×10-20cm2;1074 nn和1078 nm处的发射截面分别为6.51×10-20cm2和7.24×10-20cm2;4F3/2能级的辐射寿命为322μs,实测的荧光寿命为258μs,量子效率为80.12%。因此Nd:Y2O3透明陶瓷易实现1078 nm处激光输出。　　 (6)通过在Y2O3透明陶瓷中进行不同稀土离子组合的掺杂,实现了各种颜色上转换发光的输出,并对上转换发光机理进行了详细的解释:在Tm3+/Yb3+离子共掺的Y2O3透明陶瓷中,观测到位于485 nm(1G4→3H6)强烈的蓝光发射峰和360 nm(1D2→3H6)的紫色发光峰,发光峰覆盖294 nm到809nm整个发光波段。计算了485 nm发光峰的吸收、发射以及增益截面,结果表明在980 nm LD激发下,可以在很低的粒子数反转(0.25)情况下,实现蓝光激光输出;研究了Er3-/Yb3+离子共掺Y2O3透明陶瓷的上转换荧光特性,实现了红绿光输出,并且绿光强度远远大于红光强度,首次在Er3+/Yb3+离子共掺的氧化物中观测到位于405nm(2H9/2→4I15/2)的蓝色上转换发光;在Tm3+/Er3+/Yb3+离子三掺的Y2O3透明陶瓷中实现了白光输出(CIE-X=0.295,CIE-Y=0.312),随着Er3+离子掺杂浓度的变化,陶瓷片可以实现蓝色、蓝绿色、绿色以及黄绿色等不同颜色的发光。