光波导是基于光在折射率不同的介质界面之间会发生全反射的原理,将光波限制在微米量级的光波导结构中,使其达到较高的腔内密度且仅能在光波导内传输。在光通讯和集成光子学等领域中发挥着重要作用。掺杂稀土离子的光学晶体被广泛应用于光波导的制备。离子注入技术是一种传统的平面光波导制备方法,具有一定的能量的离子注入到不同材料中导致材料的折射率改变,进而形成光波导结构。飞秒激光加工技术作为一种新型的光波导制备方法,其主要是将高峰值功率的脉冲激光聚焦在材料表面或者内部使其产生非线性效应并造成加工位置及其周围区域折射率变化。本论文主要利用飞秒激光加工技术和离子注入技术在不同光学晶体表面或内部制备微结构及光波导结构。分析了飞秒激光对氟化钙（CaF₂）晶体表面的改性作用和对掺镨氟化钙（Pr:CaF₂）晶体光波导结构的传输特性及波导微区荧光与拉曼光谱等特性的影响作用。还分析离子注入技术对钕离子掺杂钇铝石榴石晶体（Nd:YAG）和铬离子掺杂钇铝石榴石晶体（Cr:YAG）形成的键合晶体中平面光波导光学性质的变化。根据制备结构的不同,本论文的主要内容可概括为:利用飞秒激光加工技术通过静止聚焦和动态扫描两种加工方式对氟化钙晶体表面进行加工。针对两种加工方式下氟化钙晶体表面所产生的微结构（烧蚀孔和烧蚀线）。分别对两种微结构的尺寸和加工参数进行曲线拟合和分析,并最终得到氟化钙晶体的表面烧蚀阈值和加工过程中脉冲激光加工时的脉冲累积效应和热累积效应对加工效果的影响。利用飞秒激光加工技术在掺镨氟化钙（Pr:CaF₂）晶体中制备具有低传输损耗和单模传输的双线波导。与先前在双线波导中报道的典型的高度椭圆的模式相比,在我们的工作中获得的传输模式在633 nm波长下高度局域,具有近似圆形的轮廓。通过共聚焦微荧光和微拉曼成像的研究说明飞秒激光加工对掺镨氟化钙（Pr:CaF₂）晶体局部折射率变化的影响。结合有限元模式模拟,进一步重构了所制作光波导的折射率分布。结果表明,由加工痕迹下部之间的压缩应力引起的高度局域的折射率增加是光波导的主要形成机理,而损伤引起的加工痕迹以及痕迹上部之间的区域中的折射率减小,使光波导能够水平和竖直方向限制光的传输。采用离子注入技术将重离子C³⁺注入掺钕钇铝石榴石和掺铬钇铝石榴石（Nd:YAG/Cr:YAG）键合晶体中制备平面光波导。通过使用波长为633 nm的半导体激光器,利用端面耦合法测量分析平面光波导的传输模式。采用共聚焦显微镜分别测量晶体波导区和衬底区的荧光和拉曼光谱,并进一步分析研究离子注入前后稀土离子荧光和拉曼性质的改变。