掺Nd离子的GGG晶体是高功率固体热容激光器的理想材料。Nd：GGG晶体与Nd：YAG激光晶体相比，具有一系列优异的性质：Nd：GGG晶体容易在平坦固液界面下生长，不会产生由于小面生长所引起的杂质、应力等集中的核心，整个横截面都可以有效利用，容易得到应用于大功率激光器的大尺寸板条和片状元件；Nd离子在GGG中的分凝系数为0.52，远大于在YAG中的分凝系数(仅为0.18)，所以可以实现在晶体中的高浓度掺质；同时可生长大尺寸(大于15cm)单晶，并且Nd：GGG晶体具有好的力学和化学稳定性、高的热导率、宽的泵浦吸收带和长的荧光寿命，泵浦光的吸收和储能性都较好，可实现连续和脉冲式激光运转。Nd：GGG已成为大平均功率固体激光器的首选材料之一。所以生长并研究大尺寸的Nd：GGG晶体，是一项非常有意义的应用基础研究，将不论是对国防还是对民用都具有非常深远的影响。 该研究用中频感应加热提拉在国内首次成功的生长了直径为61mm的Nd：GGG晶体。对晶体生长过程中已出现的Ga2O3原料挥发、螺旋生长、容易引入包裹体等几个问题进行了理论和实验分析：通过对原料的前期处理，采用固相合()法，共沉淀等方法在较低的温度下合成了GGG多晶相，基本上解决了Ga2O3原料的挥发问题。生长过程中通过对比发现：通入气氛为Ar气+O2气时，晶体生长时的挥发较弱。通过在原料中加入Ca，Mg等二价离子解决了晶体生长时的螺旋生长问题；分析认为，晶体中包裹物的成因是由于生长过程中Ga2O3原料的挥发形成了局部的熔体组分富Gd2O3，从而有可能形成Gd4Ga2O9和Gd3GaO6。；另一种包裹物的成因可能是由于O2与Ir金属发生反应。 通过测量Nd：GGG晶体的吸收光谱，研究了Nd离子在晶体中的径向和纵向分布。实验结果表明，Nd离子在晶体中径向均匀分布，说明晶体生长是在平界面下进行的。沿纵向方向，由于Nd离子在晶体中的分凝系数小于1，所以随着晶体的生长，Nd离子的浓度在变大。研究了Nd离子在GGG和YAG晶体中的浓度猝灭方式，找出了Nd离子在两种晶体中浓度猝灭效应不同的原因。首次生长并系统研究了Cr,Nd：GGG的吸收光谱和荧光光谱特性。晶体的吸收光谱中分别存在中心位于440nm和610nm的Cr3离子的4A2→4T1和4A2→4T2跃迁，峰值位于0.53、0.59、0.75和0.81μm的Nd离子的几个吸收带；中心位于1.064nm的吸收带对应于Cr4离子的3T2→3T1跃迁。从吸收光谱上看，Cr,Nd：GGG晶体把Cr4离子的可饱和吸收特性与Nd3+离子的激光增益特性结合到一起，而且适合于二极管(LD)泵浦。这样有利于实现用Cr4+离子作为被动调Q开关的Nd3+离子的自调Q激光输出。并且Cr,Nd：GGG晶体的荧光强度比Nd：GGG晶体的要小，而且其荧光寿命比Nd：GGG晶体的要短，随掺入Cr4+离子浓度的增加而进一步降低，说明，尽管Cr4离子对Nd3+离子有浓度猝灭效应，这对于晶体的激光输出还是有一定好处的。 用808nm的钛宝石激光器泵浦1mm厚的Nd：GGG晶体微片获得了激光输出，输出激光波长为1.062μm，输出的最大平均功率为122mW，系统的激光效率高达20％，泵浦阈值为65mW。