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激光二极管（LD）泵浦的固体激光器是最常见的激光器,广泛应用于工业、医疗、军事、科研等领域。由基质材料和激活离子组成的固体激光增益介质是固体激光器的核心组成部分。稀土离子掺杂的钇铝石榴石（RE:YAG）陶瓷作为综合性能优异的激光材料,已经被广泛的研究并应用。目前,固体激光器的发展趋势为高功率激光的输出、新的激光波段的需求和时间更快的脉冲激光的产生等;另外,对激光增益介质而言,激活离子高浓度的掺杂也非常必要。而稀土离子掺杂的纯YAG基质透明陶瓷由于固有的物理化学性能的限制,无法很好的满足这些新的需求。稀土离子掺杂的多组分石榴石基(RE:（Y,Lu,Gd）3（Al,Sc）5O12)激光陶瓷在保留了RE:YAG激光陶瓷一些优异的性能同时,可以通过基质设计改性实现性能的提升。一方面,部分离子的取代可以实现局域晶体场的起伏,增加激活离子的发射峰半高宽,进而更有利于锁模脉冲激光生成以及改变激光的波长等激光特性;另一方面,取代离子还对材料热导率以及激活离子掺杂浓度有较大的影响。通过选择合适的离子进行格位取代,可以制备出满足以上激光器发展需求的RE:（Y,Lu,Gd）3（Al,Sc）5O12透明陶瓷。基于以上的背景,本论文主要关注于RE:（Y,Lu,Gd）3（Al,Sc）5O12激光陶瓷的组分设计、可控制备与性能调控。以高纯商业氧化物粉体为原料,采用固相反应和真空烧结技术或反应烧结结合热等静压烧结（HIP）技术制备RE:（Y,Lu,Gd）3（Al,Sc）5O12透明陶瓷,系统地研究激活离子浓度、取代离子的种类、含量等对陶瓷微观结构、光谱以及激光特性的影响。探索通过多组分设计来实现性能调控的可行性。主要研究内容如下:（1）采用固相反应烧结（1820 oC×30h）结合HIP后处理（1750 oC×3h,200 MPa）的方法制备了不同掺杂浓度的Yb:Y3Sc Al4O12透明陶瓷。其中10at.%Yb:Y3Sc Al4O12透明陶瓷具有最高的光学质量,厚度为3.2 mm的样品在1100nm处的直线透过率为80.9%。Sc3+的引入能够有效地提升Yb3+吸收和发射峰的半高宽。利用929.4 nm LD泵浦,10at.%Yb:Y3Sc Al4O12透明陶瓷实现了最大功率为11.28 W的准连续激光输出。（2）通过固相反应烧结技术（1820 oC×30h）制备了在1100 nm处直线透过率大于80.0%的10at.%Yb:Y3ScxAl5-xO12透明陶瓷。随着Sc3+含量的增加,10at.%Yb:Y3ScxAl5-xO12透明陶瓷在1030 nm处发射峰的半高宽也在相应的增大。其中,10at.%Yb:Y3Sc1.5Al3.5O12透明陶瓷在1030 nm处的发射峰半高宽为14.53 nm,约为10at.%Yb:YAG透明陶瓷主发射峰半高宽的1.4倍。使用10at.%Yb:Y3Sc0.5Al4.5O12透明陶瓷得到了最大输出功率为11.89 W的准连续激光输出,为Yb:YSAG透明陶瓷得到的最大激光输出功率。10at.%Yb:Y3Sc1.5Al3.5O12陶瓷激光在准连续运转模式下的可调谐范围比10at.%Yb:YAG陶瓷激光有明显增宽,达到了86.2 nm。这是Yb:YSAG透明陶瓷报道的最大激光可调谐范围。（3）通过固相反应烧结技术（1800 oC×30h）制备了在2000 nm处直线透过率为79.3%的4at.%Tm:Y3Sc Al4O12透明陶瓷。Sc3+的引入导致了4at.%Tm:Y3Sc Al4O12透明陶瓷在1500-2000 nm处的一些吸收和发射峰消失并出现了双峰结构变为单峰结构的现象。使用790 nm的LD泵浦,首次实现了4at.%Tm:Y3Sc Al4O12透明陶瓷的准连续激光输出,最大输出功率为0.54 W,对应的斜率效率为4.8%。（4）通过固相反应烧结技术（1850 oC×30h）制备了不同掺杂浓度的Yb:Lu1.5Y1.5Al5O12和不同Lu3+含量的15at.%Yb:LuxY3-xAl5O12透明陶瓷,所有厚度为1.6 mm的陶瓷样品在1100 nm处的直线透过率均大于82.0%（接近理论值）。Yb3+掺杂浓度主要对Yb:Lu1.5Y1.5Al5O12陶瓷的微结构产生影响,对其光学透过率、吸收和发射截面等光学性能的影响较小。随着Lu3+含量的增加,15at.%Yb:LuxY3-xAl5O12透明陶瓷在938 nm附近的主吸收峰的半高宽逐渐增加,在1030 nm处发射峰的半高宽呈现下降趋势。（5）采用固相反应烧结（1800 oC×20h）结合HIP后处理（1700 oC×3h,176 MPa）的方法制备了在1100 nm处直线透过率大于83.5%（厚度2.5 mm）的10at.%Yb:GdxY3-xAl5O12透明陶瓷,其850-1050 nm波段Yb3+的吸收光谱与10at.%Yb:YAG透明陶瓷相似。不同Gd3+含量的10at.%Yb:GdxY3-xAl5O12透明陶瓷的发射光谱也基本相同。Gd3+的引入对Yb3+的吸收、发射峰的位置和半高宽的影响很小。