光波导是引导光在其结构中传输的一种介质,也称做介质光波导。根据不同界面间的折射率不同会发生全反射这一原理,光波导把光限制在微米数量级的结构中,使腔内产生的密度比较高导致光仅在波导结构内无辐射传输。光波导也是实现集成光路的基本组成元件,可以制作不同功能的光学器件,比如各类光耦合器、可调谐光滤波器、可变光衰减器、光调制器、光开关、分束器、放大器等。掺杂稀土离子的激光晶体已被证明是制备光波导的优良衬底材料,如钇铝石榴石（YAG）晶体、陶瓷、钒酸盐晶体和宝石（Sapphire）等。离子注入是一种制备光波导的传统方法,是将一定剂量的离子注入到衬底材料使其折射率发生变化,形成波导结构。飞秒激光微加工技术是最近十几年发展起来的一种光波导制备技术,它采用聚焦的飞秒激光脉冲扫描衬底材料,诱导衬底材料局部区域的折射率发生变化,形成波导结构。本论文利用飞秒激光微加工技术和离子注入技术在不同衬底材料表面或者内部制备不同类型的光波导。同时研究了光波导结构的性能、传输损耗、微荧光特性、光波导激光特性、光波导激光上转换等特性。根据光波导制备方法和波导结构的不同,本论文的主要工作可以概括为以下内容:利用飞秒激光微加工技术在钕钆共掺的氟化钙（Nd,Gd:CaF2）晶体中制备包层光波导:利用不同激光能量制备了4组直径分别为20μm、25μm、30μm、35μm的圆形包层波导。测试了所有包层波导结构的传输模式及其相对应的传输损耗和折射率大小,经计算得到波导结构的传输损耗最小为0.87 dB/cm,并且测得波导的相对折射率变化值大约是7×10-3。利用共聚焦显微镜测得波导的共聚焦微荧光特性,通过分析荧光强度、荧光位移和荧光峰宽的变化,发现波导区域由高质量的未辐照晶格组成,从而保留了衬底材料的优良特性。同时利用反射率分别为9%和70%的出射腔镜进行波导激光激发,通过分析得到激光阈值在TM和TE偏振下分别低至98.8 m W和114.2 m W。通过旋转半波片获得在不同偏振下的上转换光谱,并测得以485 nm和585 nm为中心的发射谱线的发光强度随偏振角度的变化关系。利用飞秒激光微加工技术在掺镨的氟化钙（Pr:CaF2）晶体制备不同尺寸的包层波导:通过研究发现在具有TE偏振的633 nm波长下进行测量时,波导的最低传输损耗约为0.71dB/cm。通过实验确定波导传输损耗与写入参数之间的关系,得到最合适的写入功率约为150 m W。此外,实验中还获得了单模波导。共聚焦微荧光特性光谱表明,在飞秒激光微加工过程中,波导区域由高质量的未辐照晶格组成,从而保留了衬底材料的优良特性。掺钕离子钇铝石榴石和掺铬离子钇铝石榴石（Nd:YAG/Cr:YAG）键合晶体利用C3+离子注入制备平面光波导:利用633 nm激光通过端面耦合技术测试了光波导的传输损耗、传输模式。利用共聚焦显微镜测试平面光波导的微荧光光谱,并且分析波导区与衬底区微荧光性质的区别。