钨酸钾钆(KGd(WO<,4>)<,2>，简称KGW)激光晶体是在钨酸钙(CaWO<,4>)晶体上发展起来的一种新型激光材料。该晶体不论在自由运转，重复调Q还是二级管泵浦的情况下,都显示出高效率的特点。晶体能实现高浓度掺杂，具有良好的机械性能和光学性能，在非线性光学、拉曼散射等方面有很大的潜力，在医疗、通讯、电子、遥感、工业以及科研领域都有较好的前景。但是它的生长较困难，热传导率较低，不过相信随着晶体生长技术的提高和采用针对性泵浦，这些不足将逐渐克服。近年来引起了国内外的广泛关注，成为光电领域的研究热点。 本文讨论了掺Nd<3+>和Yb<3+>两种稀土离子的钨酸钾钆晶体的光谱性能。 首先测量了其荧光谱和吸收谱，分别利用J-O理论和倒易理论，计算了掺Nd<3+>和Yb<3><+>离子的钨酸钾钆晶体的基本光谱参数，如各能级的辐射跃迁几率，振子强度，辐射寿命，荧光分支比和发射截面等，讨论了它们作为激光材料的可能性和一些特性。 由于KGW晶体是双轴晶体，各向异性，本文重点研究了晶体的各向异性对其光谱性能的影响。实验使用两种分别按晶轴切割和按主折射率轴切割的晶体。一方面，结合这类晶体适合用二极管泵浦的特性，较为系统的研究了泵光的通光方向和偏振方向对晶体荧光光谱的影响。这为设计用激光二极管泵浦的激光器时，考虑合适的泵浦光偏振方向和入射在晶体上的轴向提供了理论基础；另一方面，本文对晶体各喇曼振动模在不同方向入射和接收的振动情况进行了实验，并从理论上分析给出了钨酸钾钆晶体的喇曼振动模式和各方向的差异。这对设计拉曼激光器，根据所要利用的模式，找到最有裨益的放置方式有借鉴意义。 掺杂浓度是决定激光晶体激光输出性能和效率的一个重要的参数。掺杂浓度的增加可以加大参加受激辐射的粒子数，提高激光输出。但当掺杂浓度增加到某个值后，由于掺杂离子间距减小，彼此之间的相互作用增强，增加了交叉驰豫，反而降低了激光输出效率。因此最佳掺杂浓度的确定具有重要的意义。本文从荧光衰减曲线得到的激发态布居数与掺杂浓度的函数关系，计算出Nd<3+>:KGW中Nd离子中的最佳掺杂浓度为4.6at％。 研究结果表明，掺Nd<3+>和Yb<3+>离子的钨酸钾钆晶体是一类很有发展前景的LD泵浦固体激光器和拉曼激光器用激光材料，能实现高浓度掺杂，最佳掺杂浓度为4.6at％。它的各向异性性能对其荧光光谱，喇曼光谱都有较大的影响，在实际激光器设计中，考虑光的入射轴向和偏振方向是有意义的。 nm，998nm，1.017μm和1.036mμ。982nm处的荧光峰最强，但同时也是最强的吸收峰，因此不能实现该波长的激光输出。有可能实现激光输出的峰为1.017/μm和1.036/μm；其吸收谱图表明，982mn是最强的吸收峰，能与InGaAs LD的发射波长很好的相匹配，因此该晶体适合用LD泵浦。论文判定了Yb离子在KGW晶体中的Stark能级分裂。上能级为10682cm<-1>，10471 cm<-1>,10188 cm<-1>,下能级为535 cm<-1>，358 cm<-1>，163 cm<-1>，0 cm<-1>。 利用倒易理论，计算了 Yb<3+>：KGW的基本光谱参数。结果表明该晶体具有较大的吸收截面1.473×10<-19>cm<2>，有利于泵光的吸收；较大的发射截面2.444×10<-18>cm<2>；较长的辐射寿命0.306ms，有利于激光发射时的能量储备。 (2)由于KGW晶体是双轴晶体，各向异性，本文着重分析了晶体的各向异性对其光谱性能的影响。 在过去研究者对该种晶体的研究中，有报导了光入射方向分别沿三晶体轴时对其荧光光谱的影响。本文在此基础之上，结合KGW适合用LD泵浦的特性，分析了泵光的偏振方向和通光方向对晶体荧光光谱的影响，能为LD泵浦该晶体的固体激光器的设计提供理论参考依据。 实验表明不同入射方向和偏振状态对晶体荧光强度影响较大。因此设计LD泵浦该晶体的固体激光器时，应考虑光的入射轴向和偏振方向。分析表明泵光的通光方向比泵浦光偏振方向对晶体的荧光强度的影响更大。按晶轴切割的这两种晶体，相同实验条件下，荧光强度I<,c>>I<,b>>I<,a>按折射率主轴切割的晶体，荧光强度，I<,NP>>I<,Ng>>I<,Nm>。在通光方向为c轴，偏振方向平行于b轴时晶体得到了最大的荧光输出。 (3)KGW晶体具有自拉曼特性，是制造多波长激光器一种很有潜力的激光晶体。本文一方面从理论上推导出KGW的拉曼振动模式，具体分析了各拉曼模式。另一方面结合晶体的各向异性特性，对两组分别沿晶轴切割和按折射率主轴切割的晶体进行了拉曼光谱实验，分析了各喇曼振动模在不同方向入射和吸收的振动情况。对设计拉曼激光器时，根据所要利用的模式，找到最有裨益的放置方式提供了理论基础。 本文对KGW晶体基本晶格振动进行位置对称性分析，得到KGW晶体基本晶格振动模的对称性分类为：22A<,g>+22B<,u>+14B<,g>+14A<,u>，共72个晶格振动模，其中A<,g>、B<,g>是喇曼振动模。分析了实验所得的各谱线所对应的振动模式。分析表明，钨酸钾钆晶体的最大声子能量是885cm<-1>_，而广泛使用的基质材料YAG最大可能声子能量是857cm<-1>，因此KGW晶体也属于有大的无辐射速率的材料。声子的较大强度有190cm<-1>，750 cm<-1>和885 cm<-1>处。当E垂直二重轴时，885cm<-1>模强度最大；当E平行于二重轴时，745 cm<-1>模强度最大。值得注意的是190 cm<-1>处模的谱线在沿Np入射于Nm接收情况下，有异乎寻常的强度，超过了所有的振动模式，甚至大于W0<,4>的振动，如果要利用该谱线，可以采用这种放置方式。