Yb:CaF₂材料具有优异的性能,比如:非常宽的透光范围;与石榴石和倍半氧化物相比,低的声子能量和低的折射率。同时,Yb³⁺离子具有宽的吸收和发射带,有利于宽带调谐和超短脉冲激光输出;长的荧光寿命,有利于激光泵浦时能量的储存。此外,Yb:CaF₂具有负的热光系数,有利于减轻激光器高功率输出时的热透镜效应。正是由于这些出色性能,使得其在超短激光增益介质和放大介质方面具有很大的应用价值。Yb:CaF₂单晶存在（111）解理面,导致其激光损伤阈值较低,稀土离子掺杂不均匀及力学性能较差,影响了Yb:CaF₂单晶的性能并限制了其发展。而Yb:CaF₂透明陶瓷可以很好的解决这些问题,同时它具有烧结温度低、制备周期短、可以实现大尺寸制备等优点,使得Yb:CaF₂透明陶瓷具有很好的应用前景。目前国内外很多科研人员开始了关于Yb:CaF₂透明陶瓷的制备与性能研究的工作,并取得了一系列的进展。因此,我的课题的主要目标是制备出高光学质量的Yb:CaF₂透明激光陶瓷,并实现高效激光输出,缩短与国外差距。采用共沉淀法合成Yb:CaF₂纳米粉体,通过多种烧结方式制备了Yb:CaF₂透明陶瓷,并对合成的粉体和制备的陶瓷的相关性能进行了系统研究。此外,还制备了不同掺杂浓度的Yb³⁺,La³⁺:CaF₂透明陶瓷,为后续研究La³⁺离子对Yb:CaF₂陶瓷的光谱性能及激光性能的影响打下了基础,全文主要结论如下:（1）共沉淀法合成5 at.%Yb:CaF₂纳米粉体。粉体为纯的立方CaF₂相,没有检测到第二相,平均颗粒尺寸为45 nm。同时,粉体具有较好的分散性,粉体的形状呈立方体。（2）通过真空预烧结合热压烧结后处理制备5 at.%Yb:CaF₂透明陶瓷,研究了烧结压力对陶瓷光学性能和显微结构的影响。当烧结压力为15 MPa时,陶瓷具有最好的光学质量,在1200 nm处透过率达到92%（厚度:1.8 mm）,接近理论透过率,但在可见光范围内透过率有一定程度的下降,可以归因于陶瓷内部残留的纳米级气孔的影响。同时,对压力为15 MPa制备的Yb:CaF₂陶瓷的光学特性进行了系统研究。5 at.%Yb:CaF₂陶瓷具有宽的吸收发射带,在977 nm处的吸收系数为4.8 cm^-1,适合高功率InGaAs激光二极管泵浦。其主要的发射峰位于977 nm,1010 nm和1030 nm附近,可以归因于Yb³⁺离子²F_5/2→²F_7/2的跃迁。计算得到5 at.%Yb:CaF₂陶瓷在977 nm处的吸收截面和1030nm处的发射截面分别为0.39×10^-2020 cm²和0.26×10^-20 cm²,其荧光寿命为1.95 ms。在QCW泵浦条件下,当Toc=7.2%时,Yb:CaF₂陶瓷获得的最大输出功率为0.9 W,相应的光-光效率ηo=17.6%。在Toc=12.4%下获得斜率效率最大值是ηs=23.6%。（3）通过真空预烧结合HIP后处理制备5 at.%Yb:CaF₂透明陶瓷,研究了真空预烧温度对陶瓷物相、致密度、显微结构及光学质量的影响。结果表明,不同温度真空预烧的陶瓷均为纯的立方相,并未检测到第二相,且陶瓷致密度均不高。650 ^oC真空预烧的Yb:CaF₂陶瓷经HIP处理后具有最好的光学质量,在1200nm处直线透过率达到87%（厚度:3 mm）。同时研究了HIP温度对陶瓷显微结构和光学质量的影响。结果表明,当HIP温度为700 ^oC时,Yb:CaF₂陶瓷透过率整体明显下降,在1200 nm处的直线透过率仅为81.1%（厚度:3 mm）。（4）通过空气预烧结合HIP后处理制备5 at.%Yb:CaF₂透明陶瓷,研究了预烧温度对HIP前后陶瓷物相、致密度、显微结构及光学质量的影响。此外,还对Yb:CaF₂陶瓷进行了激光性能研究。结果表明,不同温度空气预烧的激光性能陶瓷均为纯的立方相。650 ^oC预烧的陶瓷经HIP处理后,几乎没有发现气孔,透过率最优,在1200 nm处透过率达到91%（厚度:3 mm）。在激光实验中,在Toc=7.2%时,获得的最大输出功率为0.81 W,相应的光光转化效率ηo=19.2%,斜率效率为ηs=22.6%。（5）采用共沉淀法合成不同掺杂浓度纯立方相的Yb³⁺,La³⁺:CaF₂纳米粉体,通过空气预烧结合HIP后处理制备对应的透明陶瓷,3 at.%La,5 at.%Yb:CaF₂透明陶瓷在1200 nm处的直线透过率达到90%（厚度:3 mm）,且具有宽的发射带。同时Yb³⁺,La³⁺:CaF₂陶瓷的直线透过率随着Yb³⁺掺杂浓度升高而增加。