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功能材料作为新材料领域的核心,对国民经济发展有着重要作用。随着激光、能源、信息等高新技术的发展,功能材料正在向着低维化,小型化和复合化的方向发展。晶体材料作为功能材料中重要的组成的部分,因其自身具有的各向异性使得晶体材料在功能的复合方面具有其他材料不能比拟的特点。由于晶体的性质由晶体的结构和离子决定,高对称性晶体虽然有自身的优势,例如立方晶系无需定向使得,简化了加工和应用,但是其晶体结构的高对称性决定了其性质的高对称性,所以对称性较高的晶体无法在功能的复合方面有所应用。YCa4O(BO3)3 (YCOB)晶体属于单斜晶系,Cm空间群,对称性较低,因此YCOB晶体可以在功能的复合方面有所应用。由于YCOB晶体本身具有非线性性质,可以实现倍频效应,因此可以通过将激光激活离子(Nd3+或Yb3+)掺杂进入晶体中实现一种自倍频晶体。当YCOB晶体中的Y3+离子全部被Nd3+离子取代时,形成了一种新的自激活激光晶体NdCa4O(BO3)3(NdCOB)。目前对于NdCOB晶体的自激活性质还没有相关的系统报道。目前已经成功实现自倍频激光运转的晶体有掺杂的铌酸锂系列,包括Tm:LiNbO3、Nd：LiNbO3、Nd:MgO：LiNbO3和Nd：Sc2O3：LiNbO3；钕离子掺杂的硼酸铝钇晶体(Nd：YAl3(BO3)4)；钕离子和镱离子掺杂的硼酸钙氧钇晶体和硼酸钙氧钆晶体,包括Nd：YCa4O(BO3)3、Nd：GdCa4O(BO3)3、Yb：YCa4O(BO3)3。前两种晶体由于其自身的性质和晶体生长的困难,未能获得广泛应用。YCOB和GCOB系列晶体由于其自身性质并且可以使用提拉法生长,在最近几年成为了研究的热点,有希望成为商品化的自倍频激光晶体。在各种晶体生长方法中,提拉法因具有生长过程易于观察、可控性好等优点,可以在较短周期内生长出大尺寸高质量的晶体,成为晶体制备的首选方法。熔体中生长晶体的驱动力来自晶体生长环境中的温度梯度,熔体在固液界面处定向凝固,使生长单元有规则排列形成单晶。因此合适的温度梯度对于生长出高质量的晶体至关重要。另外对于组分有挥发的原料,如何补充这种挥发造成的组分偏离,同样是生长高质量晶体的关键。本论文以NdxY1-xCOB和YbxY1-xCOB晶体为主要研究对象,全面研究了不同激活离子浓度系列晶体的生长,在此基础上,对系列晶体的热学性质,光谱性质及激光自倍频性质进行了研究。一、晶体生长Nd3+和Yb3+离子掺杂的YCOB晶体为同成分熔化化合物,可以在近化学计计量比熔体中使用提拉法生长。我们以高纯原料CaCO3,Y2O3,H3BO3和Nd2O3,Yb203通过固相反应合成了晶体生长使用的多晶料。使用铱金坩埚在高纯氮气保护下,生长了不同掺杂浓度的NdxY1-xCOB和YbxY1-xCOB晶体,直径20mm,晶体均匀透明,通过设计合适的温场获得了高质量晶体,无明显宏观缺陷。并且研究了不同组分和工艺条件(如温场,生长气氛,硼酸过量的多少,提拉速率,转速等)对晶体生长的影响。二、基本性质测量了NdxY1-xCOB和YbxY1-xCOB晶体的密度和热学性质。并且分析了热学性质,包括热膨胀、热导率和比热,随着掺杂浓度的变化规律。重点分析了NdCOB晶体的热学性质。采用浮力法测得了室温下不同浓度掺杂晶体的密度,测试结果随着掺杂浓度的增高而增大。采用热膨胀仪在303.15K至768.15K温度范围内测量了各种晶体的热膨胀系数,通过主轴化计算了在物理学主轴方向的热膨胀系数。NdCOB晶体的在主轴方向的热膨胀系数分别为6.75189,6.3727和12.13381×10-6K-1。通过差示扫描热法在温度范围内测量了一系列晶体的比热,发现晶体比热的变化并不是随着掺杂浓度增大而线性增大或降低。NdxY1-xCOB晶体中当掺杂浓度为10at%时,比热最大在330K时为0.71J／g·K。YbxY1_xCOB晶体当温度低于400℃时浓度为15at%掺杂的Yb:YCOB晶体的比热最大；但是当温度升高至400℃以上时,Yb0.3Y0.7COB的比热最大。还测量了晶体的热导率,NdCOB晶体沿主轴方向的热导率分别为1.852512,1.8885和2.149088 W·m-1·K-1。三、光谱性质测量10at%Yb:YCOB晶体的折射率,并拟合了其折射率色散方程。测量了各个掺杂浓度晶体的非偏振吸收谱,测量范围200-1500nm。Nd:YCOB晶体的最大吸收截面在1060nm和870nm处,Yb:YCOB晶体的最大吸收截面出现在900nm和978nm处,并且吸收强度随着掺杂浓度的增高而逐渐增高。Yb:YCOB中,900nm出的吸收强度在低浓度掺杂时较弱,随着Yb离子的浓度增大而升高更为明显。分析了由于晶体场的影响造成的吸收峰偏移的原因。四、自倍频实验对Nd:YCOB晶体和其类质同形体Nd:GdCOB进行了自倍频激光实验。在Nd:GdCOB晶体中获得1.35W的自倍频输出结果光光转换效率为17%。并且分析了在两种晶体中输出功率的中心波长不同的原因。