随着中红外激光在空间通信、激光探测、军事国防、医疗、高端精密智能制造等方面应用的飞速发展,对特殊波长的激光及其超快激光性能方面提出了更高的要求。因此,研发新波长和具有超宽发射光谱的新型激光晶体材料,对于推动激光技术的发展具有重要意义。本论文紧紧围绕激光领域最前沿的发展需求并结合激光晶体的发展现状与趋势,以光纤激光通信系统谱带向S波段（1.4μm）的拓展和2μm波段超快激光晶体的探索为导向,研究新型铥离子掺杂硅酸盐晶体的生长和光学性能,为获得新型1.4μm波段和2μm波段固体激光提供一定的理论和实验基础。本论文共包括五个章节,第一和第二章分别是文献综述和实验方法及理论计算基础;第三和第四章是本论文的核心部分;第五章是对本论文的总结以及展望。本论文的主要研究内容及成果如下:1.未掺杂的硅酸钆镥晶体（LGSO:LuGdSiO₅）、Tm³⁺:LGSO晶体、Tm³⁺/Tb³⁺:LGSO晶体以及铥掺杂的硅酸钇钆镥晶体(LGYSO:(Lu_0.25Gd_0.5 Y_0.25)₂SiO₅)的生长工艺研究。系统研究了Tm³⁺掺杂LGSO和LGYSO晶体提拉法生长工艺技术,包括温度梯度的设计、生长速度、旋转速度的选取等参数,最后解决了稀土离子掺杂LGSO和LGYSO晶体的相关生长关键工艺问题。2.晶体结构研究。利用XRD技术研究了LGSO和LGYSO晶体的结构,并系统研究了在Lu/Gd不同比例下LGSO晶体结构的变化规律。结果表明,当Lu元素比例大于30%时LGSO晶体空间群为C2/c,小于30%时空间群为P2₁/c。3.Tm³⁺:LGSO和Tm³⁺/Tb³⁺:LGSO晶体的光学性能研究。根据Judd-Ofelt理论计算了Tm³⁺离子在LGSO晶体中的各光学参数,结果表明Tm³⁺:LGSO晶体在1.4μm波段有强的荧光,特别是Tb³⁺离子的掺入,明显的增强此波段的荧光强度,荧光分支比也由6.1%提高至10.3%;Tm³⁺:LGSO晶体和Tm³⁺/Tb³⁺:LGSO晶体在1.4μm波段下能级的荧光寿命分别为1.66 ms和0.38 ms,Tb³⁺离子的共掺,可以发生从Tm³⁺的³F₄到Tb³⁺的⁷F₀能级的能量传递,Tb³⁺离子有效地猝灭Tm³⁺的³F₄的能级寿命,揭示了Tm³⁺离子1.4μm波段激光自终止的产生原因。Tm³⁺-Tb³⁺之间的能量传递效率为77%,表明Tb³⁺离子是有效退激活离子,Tm³⁺/Tb³⁺:LGSO晶体是S波段激光通讯中一种很有前途的材料。4.Tm³⁺:LGSO和Tm³⁺:LGYSO晶体的光学性能研究。根据Judd-Ofelt理论分别计算了Tm³⁺离子在LGSO晶体和LGYSO晶体中的各光学参数,评估了LGYSO晶体作为Tm³⁺离子2μm超快激光基质的应用前景,结果表明:相比于Tm³⁺:LGSO和其他常见的掺Tm³⁺晶体,Tm³⁺:LGYSO晶体在790 nm具有更高的吸收截面(1.604×10^-20 cm²);Y³⁺离子的掺入使得晶体的无序度进一步提高,荧光峰发生明显的展宽,2μm处FWHM达281 nm。表明Tm³⁺:LGYSO晶体有望成为2μm波段高功率宽带可调谐激光和超快激光的潜在激光材料。