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掺杂稀土离子的激光晶体材料具有众多的光学用途,尤其是在作为激光器的基质材料、偏振片、荧光物质方面被广泛应用。钒酸盐家族的激光晶体作为半导体泵浦的固态激光器的基质材料,是一种十分引人关注的激光材料,作为激光器它具有较高的抗光伤阈值、大的斜效率以及合适的尺寸和紧凑的结构。在稀土元素中,铒离子收到广泛的关注是因为它具有两个十分吸引人们的能级跃迁：4I13/2→4I15/2和4I11/2→4I13/2,激光输出分别对应于1.5μm和3.0μm波段的激光输出,1.5μm波段的激光是一种人眼安全激光,在激光加工、光纤通讯以及军事测距等领域具有十分重要的应用意义；3.0μm波段的激光可以被人体组织中的水吸收,可用于医疗方面。相对于其它掺铒的钒酸盐晶体,Er:GdVO4晶体在c轴方向具有相对较大的热导率,而Er:LuVO4相对于Er:GdVO4和Er:YVO4晶体来说具有更宽的激光发射光谱,Er:LuVO4与Er:GdVO4晶体都具有相同的四方锆石结构(ZrSiO4), I41/amd点群,它们的熔点十分接近,都在1800摄氏度左右,所以我们考虑对掺铒钒酸盐“混晶”(Er:LuxGd1-xVO4)进行了生长和研究。一、Er:LuxGd1-xVO4系列激光晶体的生长以分析纯度为99.99%的LuVO4、GdVO4及ErVO4为原料,采用液相法合成ErVO4、LuVO4和GdVO4的多晶料。采用提拉法成功长出了相同掺杂浓度不同组分的Er:LuxGd1-xVO4晶体(x=0.1,0.24,0.48,0.57,0.79,0.9)。结合晶体的生长热力学和动力学规律,讨论了提拉过程中影响生长的因素以及如何进一步的提高晶体品质,其中包括温场的合理设计,生长工艺参数的控制和改良,采用优质的籽晶,选用和加工优质的原料和多晶料等。针对在晶体生长过程中所出现的问题,我们通过研究其产生的原因,相应的提出了解决方案。二、晶体的结构与缺陷表征利用x射线衍射法系统地研究了Er:LuxGd1-xVO4系列晶体的结构,结果表明所生长的晶体均是锆石结构,属于四方晶系,空间群是I41/amd,通过DICVOL软件计算了晶体的晶胞参数。通过浮力法测得了不同组分的晶体在室温下的密度ρ。利用高分辨X射线衍射以及化学腐蚀等表征手段对它们的品质进行了表征,结果说明我们所生长的不同组分的Er:LuxGd1-xV04晶体品质优良,晶体的内部缺陷主要有位错和晶界。同时根据造成缺陷的原因,我们提出了可以提高晶体品质的一系列方案。三. Er:LuxGd1-xV04晶体的热学性质系统地测量了不同组分Er:LuxGd1-xV04晶体的热学性质,系统地讨论了这些性质对晶体生长和应用的影响。利用差热扫描量热计测量了Er:LuxGd1-xV04晶体常温至300℃温度区间内的比热。当x=0.57时,其比热值最小,为0.497J/g·k,相对于Er:YV04晶体的比热,这一系列的晶体的比热值较大,可以预知这一系列晶体的抗光伤阈值较大。室温下(330k),不同组分的Er:LuxGd1-xV04的热容值在0.497-0.578J/g·k之间。利用热膨胀仪在30℃-500℃的温度范围内测试了不同组分的Er:LuxGd1-xV04晶体的热膨胀系数。组分不同的这一系列晶体,c向热膨胀系数均大于a向,随着镥钆组分的比例的接近,a向和c向的热膨胀系数均呈现出降低的趋势。采用激光脉冲方法测量了x=0.1,0.24,0.48,0.57,0.79,0.9的Er:LuxGd1-xV04晶体在303.15-573.15K温度区间内的热扩散系数。在室温下,以上晶体主轴的热扩散系数(mm2/s)分别为：λ33=2.252,2.057,1.802,1.805,2.001,2.039与λ11=2.027,1.873,1.594,1.609,1.768,1.807。通过相关公式计算了不同组分的Er:LuxGd1-xV04晶体的热导率,计算结果表明Er:LuxGd1-xV04系列晶体随镥钆组分比例的接近逐渐减小。四、晶体的光学性质对于钒酸盐晶体来说,铒离子掺杂的晶体具有较大的发射和吸收截面,相对较短的上能级寿命限制了它们在中小功率脉冲激光器中的应用。我们测量了不同组分的Er:LuxGd1-xV04晶体的吸收光谱、荧光光谱和荧光辐射寿命,采用J-O理论对它们的光谱参数进行了计算。结果表明,由于非均匀展宽效应,“混晶”具有较小的发射与吸收截面,以及较大的荧光寿命。在铒掺杂的镥钆系列混晶中,镥离子和钆离子会互相取代,这会使铒离子附近的晶格场发生紊乱,因此导致铒离子的吸收谱线和发射谱线出现了非均匀展宽效应,谱线会随着晶体中的混乱程度变大而变得更宽。在78到296K温度范围内,我们对Er:Luo.57Gdo.43V04混晶在1.5μm波段附近的荧光光谱性质进行了研究。在不同的温度下,晶体的荧光寿命和发射截面都会有所不同。讨论了由于镥离子和钆离子会互相取代而导致的非均匀展宽效应。结果表明Er:Lu0.57Gd0.43VO4晶体具有大能量储存能力,特别适合高功率的激光脉冲实验。