采用提拉法从不同[Li]/[Nb]的熔体中生长了铈单掺杂系列及铈锰双掺杂系列铌酸锂（LiNbO₃）晶体,讨论了晶体生长的工艺参数,包括:温度梯度、晶体的旋转速度、晶体的提拉速度等对晶体生长的影响,选择最优工艺参数生长出了均匀性好、无宏观缺陷的掺杂LiNbO₃晶体。对晶体进行极化处理后,将晶体按照特定的方向进行定向切割,并经过研磨抛光加工处理后进行晶体结构及性能的测试。通过多种光谱学方法研究了晶体中的组成、缺陷结构及晶体中掺杂离子的占位情况。根据X-射线衍射技术及电感耦合等离子体技术确定了铈掺杂铌酸锂（Ce:LiNbO₃）晶体及铈锰掺杂铌酸锂（Ce:Mn:LiNbO₃）晶体中的[Li]/[Nb]以及晶体的确切元素组成与原料中[Li]/[Nb]之间的关系。Ce:LiNbO₃晶体的化学式为Ce_mLi_nO_{1-n-（3m～4m）}NbO₃,其中, m= 0.307+1.007x-0.369x², n= -16.929+36.204x-16.647x²,x为熔体中的[Li]/[Nb]。Ce:Mn:LiNbO₃晶体化学式为Ce_mMn_nLi_o□_{1-o-（3m⁴m）-（2n³n）}NbO₃ ,其中, m= 0.6771+0.32796x-0.06948x² , n= 10.73914-10.06163x+2.53387x² , o= -2.64856+5.46828x-1.43184x²,x为熔体中的[Li]/[Nb]。根据理论分析、红外吸收光谱、紫外可见吸收光谱、差热分析以及拉曼光谱的研究,分析了晶体中的缺陷存在形式以及晶体的拉曼位移同晶体组成之间特别是晶体中的[Li]/[Nb]的关系。确定了Ce:LiNbO₃晶体及Ce:Mn:LiNbO₃晶体中E （ TO1 ）模半高宽（FWHM）Γ_E1（TO1）与晶体中[Li]/[Nb]组成y之间的定量关系分别为y - 1.14278 - 0.01845Γ_{E1 （TO1）}和y - 1.15814 - 0.02383Γ_E1（TO）1)。利用二波耦合实验光路测试了晶体的光折变性能,包括:写入时间、擦除时间、衍射效率,并计算了晶体的光折变灵敏度、动态范围、饱和折射率变化和空间电荷场。研究了这些光折变参数同晶体的组成与原料的组成之间的联系。研究表明,在Ce:LiNbO₃晶体中,随着熔体中[Li]/[Nb]的增加,晶体的衍射效率、光折变灵敏度、晶体的动态范围以及擦除时间和写入时间比都是先增大,当达到某一值后则降低。晶体的写入时间是先降低后增加,而晶体的擦除时间则是逐渐增加的。在Ce:Mn:LiNbO₃晶体中,随着[Li]/[Nb]的增加,晶体的衍射效率、反应时间降低,动态范围、光折变灵敏度增加。采用光斑畸变法测试了晶体的抗光损伤能力,研究了Ce:LiNbO₃晶体和Ce:Mn:LiNbO₃晶体抗光损伤能力随[Li]/[Nb]增加而增强的机理。采用角度复用的光折变体全息相关识别的实验光路,在光折变综合性能较好的化学计量比Ce:Mn:LiNbO₃晶体中进行了光折变体全息图像的存储和相关识别,结果发现,在存储图像数目为400幅的情况下,图像识别的准确率可以达到100%。利用以密度泛函理论为基础的第一性原理,采用平面波赝势方法,对非掺杂化学计量比LiNbO₃晶体、含有空位的非掺杂LiNbO₃晶体、Ce:LiNbO₃晶体、Mn掺杂LiNbO₃晶体（Mn:LiNbO₃）以及Ce:Mn:LiNbO₃晶体的结构及光学性能进行了计算,其中包括晶体能量及结构的优化,晶体最终能量、能带结构、态密度、介电函数、吸收光谱和折射率的计算。分析了掺杂对晶体的能带结构、态密度及晶体的光学性能的影响。根据能量越低则体系越稳定的原则、优化后的晶格与实验所测结果的比较以及计算所得晶体的折射率变化同实验测得的结果进行比较,确定了非掺杂LiNbO₃晶体中的缺陷存在形式以及Ce:LiNbO₃晶体、Mn:LiNbO₃晶体和Ce:Mn:LiNbO₃晶体中掺杂离子的占位以及掺杂对晶体的结构以光学性能的影响。