随着激光技术的不断发展，激光器在军事、工业、医疗、科研以及我们的日常生活中发挥着越来越重要的作用。LD泵浦的全固态激光器由于其结构简单紧凑、效率高、光束质量好、稳定性好，成为目前激光器件的研究热点。激光晶体是全固态激光器的重要组成部分，它的物理和光谱性质决定了激光器的输出特性。近几年来，在一些新研究的激光晶体中，Nd：LuVO₄激光晶体由于具有优良的激光特性而受到人们的重视。首先，Nd：LuVO₄晶体具有大的吸收截面和吸收带宽，适中的激光上能级寿命，可以应用到低阈值的微片激光器中。而且，Nd：LuVO₄晶体在1.06μm的发射截面高于其它钒酸盐晶体，拥有比Nd：YVO₄晶体更高的热导率，可以在大功率泵浦中获得稳定、高效的激光输出。另外，Nd：LuVO₄激光器的输出具有很好的偏振特性，在频率转换中能得到较高的转换效率。Nd：LuVO₄晶体是在2002年被首次报道，目前对它的激光研究开展的还不多，只有少量的连续和声光Q特性研究。本论文对提拉法生长的Nd：LuVO₄晶体的结构、热学、光谱、全固态激光器输出特性进行了较系统的理论和实验研究。主要研究内容概括如下：（1）介绍了LD泵浦的全固态激光器的发展历史及LD泵浦的全固态激光器的优点，并对几种常用激光晶体的物理和光学特性作了比较分析。对Nd：LuVO₄晶体的研究现状进行了全面的概括和总结，并就Nd：LuVO₄晶体今后可能应用于全固态激光器的几个热点领域进行了展望。（2）对拉曼散射理论及Nd：LuVO₄晶体结构的研究。从经典和量子理论两个方面研究了拉曼散射谱线的频移和强度。通过商群理论对Nd：LuVO₄晶体对称性分类进行了计算，结果为：Γ=5A_1g+7B_1g+2B_2g+10E_g，最多可以观察到34支拉曼活性光学模。通过选取X（ZZ）（?），X（YY）（?），Z（XY）（?），Y（XZ）（?）的几何配置，利用共焦显微拉曼光谱仪获得了A_1g、A_1g+B_1g、B_2g、E_g模，并对获得的谱线进行了指认。除了A_1g中的ν₂模由于和ν₄模重叠而有所加宽外，其余的谱线都很细锐，细锐的拉曼谱线证明了Nd离子的掺入并没有使晶体微观结构产生大的位错和形变。而且X（ZZ）（?）配置中，A_1g对称类的ν₁模（V-O对称伸缩振动）对应的拉曼峰903cm^-1强度最大，是实现拉曼激光器的首选谱线，可以沿着a轴通光实现自拉曼输出。（3）对Nd：LuVO₄晶体热学特性（热导率、热膨胀系数、比热）的研究。通过用激光闪烁法测量Nd：LuVO₄晶体的热扩散系数，利用公式k=αρC_P计算了Nd：LuVO₄晶体的热导率。热导率随着温度的升高而降低，而且c向热导率大于a向热导率。在330K时，a轴热导率为7.9W／mK，c轴热导率为9.7W／mK，高于Nd：YVO₄晶体。测量的比热为0.45J／gK，比热大，在晶体内部引起的温度梯度小，所能承受的抗损伤阈值高。而且Nd：LuVO₄晶体具有适中的热膨胀系数，因而Nd：LuVO₄晶体拥有优良的热学性能，适合中高功率激光泵浦。（4）对Nd：LuVO₄晶体光谱特性的研究，包括偏振吸收谱、荧光谱、透过谱。利用光谱仪测量了Nd：LuVO₄晶体的偏振吸收谱。利用JO理论并使用Origin软件对Nd：LuVO₄晶体吸收和发射的光谱参数进行了计算，结果表明：Nd：LuVO₄晶体对π偏振光的吸收明显强于σ偏振。计算了⁴F_3/2态的能级寿命以及由此态向低能态跃迁的荧光分支比、受激辐射几率、谱线强度、振子强度、积分发射截面。得出⁴F_3/2的能级寿命为129μs。1.06μm的荧光分支比最大，为50.22％，有最强的激光振荡强度和积分发射截面，是最容易实现振荡的一条谱线。0.9μm的谱线具有较大的荧光分支比和基态斯塔克分裂值，也是很有应用价值的一条谱线。而且，Nd：LuVO₄晶体在近红外波段有较高的透过率。（5）从四能级的速率方程出发，推导了激光器稳态条件下，连续运转激光的输入输出特性，讨论了LD端面泵浦固态激光器的阈值和斜效率。对连续运转的a-cut轴和c-cut轴1.06μm和1.34μm的Nd：LuVO₄激光器进行了实验研究，讨论了输出镜对激光输出特性的影响以及激发态吸收对1.34μm激光输出的影响。当T=10％，泵浦功率为19W时，a-cut轴的Nd：LuVO₄激光器最大输出功率为7.67W，光-光转换效率和斜效率分别为40.3％和50.5％；对于1.34μm，当T=4％，泵浦功率为16.18W时，c-cut轴的Nd：LuVO₄激光器得到了2.015W的输出，其光-光转换效率和斜效率分别为12.5％和14.2％。对于1.34μm的激光器，a-cut轴的Nd：LuVO₄激光器输出效率低于c-cut轴的Nd：LuVO₄激光器。（6）考虑饱和吸收体的激发态吸收，对被动调Q的速率方程进行了研究，得到了速率方程的解，并模拟了脉宽、重复频率、峰值功率、单脉冲能量随Cr⁴⁺：YAG初始透过率和输出镜透过率的变化关系。首次对Nd：LuVO₄晶体被动调Q激光特性进行了研究，分析了Q参数的影响因素。得到的最高光-光转换效率为10.7％，斜效率为17.6％（T₀=85％，T=40％）；最窄脉宽为12ns（T₀=70％，T=40％）；最高重复频率为156kHz（T₀=85％，T=10％）；最大单脉冲能量为33.9μJ，最大峰值功率为2.83kW（T₀=70％，T=40％）。并和Nd：YVO₄晶体的调Q输出特性进行比较，发现Nd：LuVO₄晶体比Nd：YVO₄晶体拥有更窄的脉宽和更低的重复频率，因而Nd：LuVO₄激光器能得到更高的单脉冲能量和峰值功率。（7）首次开展了Nd：LuVO₄晶体锁模激光器的研究。利用折叠腔理论，考虑泵浦光在Nd：LuVO₄晶体内引起的热透镜效应，对锁模激光器的谐振腔进行了优化设计。实验中，采用V型腔并使用不同输出镜透过率和不同初始透过率的饱和吸收体，实现了锁模激光器的稳定运转。在激光晶体上的光斑半径为200μm，饱和吸收体上的光斑半径为34μm，光斑压缩比为6，锁模调制深度达到了40％-50％。并讨论了Cr⁴⁺：YAG初始透过率对锁模调制深度的影响。（8）从耦合波方程出发，对光学参量振荡原理进行了研究。通过非线性晶体KTP的折射率方程，采用Ⅱ类相位匹配，得出当θ=90°，φ=0°，1.06μm泵浦时，可以得到1.57μm波长人眼安全激光输出。使用内腔式单谐振OPO，声光调Q方式，KTP为Ⅱ类非临界相位匹配，首次对Nd：LuVO₄晶体1.57μm光参量振荡激光器进行了实验研究。获得1.57μm最短脉宽为4ns，实现了对泵浦光有效的脉宽压缩，压缩比为6，最大的单脉冲能量和峰值功率分别为24μJ、4.8kW。讨论了声光开关频率对激光器泵浦阈值的影响，对1.57μm激光出现的次级脉冲进行了分析，并提出了减小次级脉冲的方法。使用KTP晶体的临界相位匹配，声光调Q方式，实现了Nd：LuVO₄晶体的脉冲绿光输出，单脉冲能量和峰值功率分别达到了66μJ和2.6kW。