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本论文对激光和激光晶体的发展历程作了简要的回顾，并介绍了固体激光材料的基本特性和掺杂Nd3+和Yb3+的激光晶体的研究现状。介绍了激光晶体的理论基础和研究工作所需要的实验方法和测试手段的基本原理。
用提拉法(Czochralski)生长了Nd3+和Yb3+掺杂的Sr3Re2(BO3)4(Re=Y、Gd)和GdYCa4O(BO3)3晶体。
用X射线单晶衍射测定了Sr3Y2(BO3)4和Sr3Gd2(BO3)4的晶体结构。通过物理和化学分析手段确认了Sr3Y2(BO3)4和Sr3Gd2(BO3)4的晶体结构。
在室温下测量了Yb3+: GdYCa4O(BO3)3、Yb3+:Sr3Y2(BO3)4和Yb3+:Sr3Y2(BO3)4晶体的吸收光谱、荧光光谱以及荧光寿命。
Yb3+:GdYCa4O(BO3)3晶体在976nm处的吸收峰具有最强吸收，其吸收系数为6.3cm-1，该峰的半峰宽为3nm。Yb3+：GdYCa4O(BO3)3晶体在976nm处的吸收截面，其吸收截面为1.65×10-20cm2。用倒易法(RM)和F-L方法计算了Yb3+:Sr3Y2(BO3)4的发射跃迁截面。在1020nm的发射跃迁截面σe=0.25×10-20cm2半峰宽是37.2nm。当Yb3+离子浓度为10at％时荧光寿命为3.00ms。结合Yb3+:Sr3Y2(BO3)4晶体的光谱分析结果计算了该晶体的一些激光参数。
Yb3+:Sr3Y2(BO3)4晶体Yb3+离子在976nm处的具有最强吸收，其吸收系数为5.9cm-1，该峰的半峰宽为8nm，Yb3+:Sr3Y2(BO3)4晶体在976nm吸收截面为2.17×10-20cm2。用倒易法(RM)和F-L方法计算了Yb3+:Sr3Y2(Bo3)4晶体的发射跃迁截面。在1054nm的发射跃迁截面0.70×10-20cm2，半峰宽是20nm。当Yb3+离·子浓度为10at％时荧光寿命为1.18ms。结合Yb3+:Sr3Y2(BO3)4晶体的光谱分析结果计算了该晶体的一些激光参数。
Yb3+:Sr3Gd2(BO3)4晶体在977nm处的具有最强吸收，其吸收系数为3.8cm-1，该峰的半峰宽为8nm。Yb3+:Sr3Gd2(BO3)4晶体在977nm处的吸收截面为1.65×10-20cm2。用倒易法(RM)和F-L方法计算了Yb3+:Sr3Gd2(BO3)4晶体的发射跃迁截面。在1014nm的发射跃迁截面0.94×10-20cm2，半峰宽是16nm。结合Yb3+:Sr3Y2(BO3)4晶体的光谱分析结果计算了该晶体的一些激光参数。
在室温下测量了Nd3+: Sr3Y2(BO3)4、Nd3+: Sr3Gd2(BO3)4和Nd3+:GdYCa4O(BO3)3晶体的吸收光谱、荧光光谱以及荧光寿命，并根据J-O理论计算了它们的光谱参数。
Nd3+:GdYCa4O(BO3)3晶体在812nm处有强的吸收峰，半峰宽为2nm，吸收跃迁截面为1.77×10-20cm2，1063nm的发射跃迁截面为σe=1.25×10-19cm2。室温下Nd3+:GdYCa4O(BO3)3晶体的荧光寿命为81.8μs。其强度参数Ω2=1.327×10-20cm2，Ω4=3.748×10-20cm2，Ω6=1.694×10-20cm2，辐射寿命为502μs，荧光分支比β1(0.88μm)=0.566，β2(1.06μm)=0.371，β3(1.35μm)=0.062，β4(1.88μm)=0.002，量子效率η=16.3％。
Nd3+:Sr3Y2(BO3)4晶体最强吸收峰位于807nm，半峰宽为16nm，吸收跃迁截面为6.32×10-20cm2，1065nm的发射跃迁截面为1.07×10-19cm2。室温下Nd3+:Sr3Y2(BO3)4晶体的荧光寿命为51.7μs。其强度参数Ω2=3.816×10-20cm2，Ω4=10.895×10-20cm2，Ω6=12.44×10-20cm2，辐射寿命为104μs，荧光分支比β1(0.88μm)=0.429，β2(1.06μm)=0.461，β3(1.35μm)=0.107，β4(1.88μm)=0.003，量子效率η=49.7％。
Nd3+:Sr3Gd2(BO3)4晶体最强吸收峰位于808nm，半峰宽为14nm，吸收跃迁截面为3.11×10-20cm2，1064nm的发射跃迁截面为1.08×10-20cm2。室温下测量的Nd3+:Sr3Gd2(BO3)4晶体的荧光寿命为52.0μs。其强度参数Ω2=2.436×10-20cm2，Ω4=4.142×10-20cm2，Ω6=5.99×10-20cm2，辐射寿命为226μs，荧光分支比β-(0.88μm)=0.396，β2(1.06μm)=0.483，β3(1.35μm)=0.119，β4(1.88μm)=0.003，量子效率η=23％。
氙灯泵浦的脉冲激光实验研究表明：对于φ3.0×12.05mm的Nd3+:GdYCa4O(BO3)3晶体，当氙灯输入能量为14.93J时，获得了1.73mJ的输出，总效率为ηo=0.012％。当输出镜透过率为T=3.5％时，测得其最低能量阈值为5.03J。对于φ3.0×14.6mm的Nd3+:Sr3Gd2(BO3)4晶体，透过率为20.65％时的效率最大，曲线的斜效率ηs=0.24％。当氙灯输入能量为28.61J时，获得了44.7mJ的输出，总效率￠o=0.15％。当输出镜透过率为T=1.5％时，测得其最低能量阈值为1.21J。