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输出波长为1.8~2.0μm的固体激光器广泛应用于医药、通信和军事等领域。现阶段研究的重点集中于寻找大尺寸、高质量、高光学性能激光材料。为获得上述激光材料,本文利用坩埚下降法制备了不同摩尔浓度Tm3+掺杂的Li YF4和Li Lu F4晶体材料,旨在研究如何利用优选的Tm3+掺杂浓度值,获得1.8~2.0μm波段具备最佳激光性能的激光材料。本文结合Tm3+离子的能级结构、离子间的交叉弛豫效应(3H6,3H4→3F4,3F4)和浓度猝灭效应系统的分析了不同Tm3+掺杂浓度的氟化物晶体材料的荧光特性、荧光衰减寿命及量子效率等激光性能参数。本文第一章介绍了Tm3+离子单掺和Tm3+/Ho3+离子共掺固体激光器的研究现状,发现并没有研究从优选Tm3+掺杂浓度值的角度去寻找获得1.8~2.0μm波段最佳激光性能的氟化物激光材料。本文第二章详细介绍了实验所用原料、氟化物单晶的生长方法、晶体生长工艺参数。本文第三章和第四章系统地分析了不同浓度掺杂的Tm3+:Li YF4及Tm3+:Li Lu F4晶体材料的光学特性,评估材料在1.8~2.0μm波段激光器的潜在应用价值。根据Judd-Ofelt理论得到了不同Tm3+浓度掺杂的氟化物材料的有效强度参数Ωeff(Ω6,Ω4,Ω2)和3F4能级对应的理论辐射寿命τrad,发现随着Tm3+浓度的增大,氟化物材料的τrad值不断减小。对不同浓度Tm3+掺杂的Li YF4和Li Lu F4晶体材料在1.8~2.0μm波段附近的荧光特性的研究发现:当Tm3+的掺杂浓度从0.29 mol%增大到3.49 mol%时,Tm3+:Li YF4晶体材料的荧光强度和荧光衰减寿命都随着Tm3+浓度的不断增大呈现先增后减的趋势,浓度为1.28 mol%的Tm3+:Li YF4样品具有最好的荧光特性,其荧光寿命为17.68 ms,在1.909μm处获得最大发射截面(3.76×10-21cm2)且该样品的最大量子效率达到了147%;当Tm3+的掺杂浓度从0.45 mol%增大到3.25 mol%时,Tm3+:Li Lu F4晶体材料的荧光衰减寿命随着Tm3+浓度的增大而不断减小,0.45 mol%的样品取得了最大的荧光寿命(12.78 ms),Tm3+:Li Lu F4材料的荧光强度随着Tm3+浓度的不断增大而先增后减,0.90mol%的样品具有最强的荧光强度,该样品的荧光寿命为11.99 ms,且在1.89μm处取得最大发射截面(0.392×10-20 cm2),最大量子效率为120%。在Li YF4晶体中得到最佳Tm3+掺杂浓度的基础上,第五章探究了与不同浓度的Ho3+(0.5,1.01,1.51 mol%)的共掺晶体样品的光学特性,研究发现1.28 mol%Tm3+/1.51 mol%Ho3+:Li YF4晶体样品具备最好的荧光发射特性,其发射截面在2.052μm处取得了最大值为0.760×10–20cm2,5I7能级的荧光辐射寿命达到了21.97 ms,更利于2.0μm波段的激光输出。研究结果表明1.28 mol%Tm3+:Li YF4、0.90 mol%Tm3+:Li Lu F4及1.28mol%Tm3+/1.51 mol%Ho3+:Li YF4的氟化物晶体材料在1.8~2.0μm波段的激光材料应用中具备更大的优势,这为大尺寸、高质量、高光学性能激光材料的获取提供了更优的选择方案。