面向高功率、高效率、高光束质量的全固态激光器的不断发展,激光增益介质热效应是限制其发展的主要因素,因此有必要对激光材料的组成分布进行优化设计。平面波导结构利用其独特的结构设计能够有效地减小热效应,还能实现低阈值、高功率激光输出。相比于单晶,激光陶瓷的结构可设计性强,易实现多种应用。通过流延成型方法结合真空烧结技术,就可以在陶瓷制备过程中得到平面波导结构。在众多稀土离子掺杂的石榴石基质的激光陶瓷中,Yb:YAG透明陶瓷具有单位面积增益高;吸收带宽,无需严格的温度控制即可获得合适的泵浦源波长,实现高浓度掺杂且没有浓度猝灭效应等优异的性能,而且目前激光二极管(LD)的泵浦功率不断提高也解决了早期Yb:YAG泵浦阈值高,不易泵浦的缺点。平面波导Yb:YAG透明陶瓷成为了高功率、高效率固体激光器的理想增益介质。然而,随着Yb离子在YAG中掺杂浓度的增加,Yb:YAG的热导率会骤然下降,当基质为LuAG时,随Yb3+离子掺杂浓度的增加,Yb:LuAG热导率下降缓慢,且当Yb离子掺杂浓度超过5at.%时,Yb:LuAG的热导率比Yb:YAG的高。Yb:LuAG还具有较大的有效发射截面,更利于超短脉冲激光的输出。平面波导Yb:LuAG透明陶瓷有望成为高功率超短脉冲激光器的理想增益介质。本论文选取Yb掺杂的石榴石基平面波导透明陶瓷为研究对象,以商业氧化物粉体为原料,采用非水基流延成型结合真空烧结技术制备了平面波导激光陶瓷,并对陶瓷的显微结构、光学性能及离子扩散分布展开研究。首先,采用非水基流延成型制备了平面波导YAG/10at%Yb:YAG/YAG陶瓷素坯,其中对原料粉体、流延膜、不同阶段的素坯进行了微观形貌观察。经过1775oC烧结30h得到的样品在可见光波段透过率接近80%,晶界干净清晰但存在少数晶内气孔。基于扩散定律研究了波导层内Y和Yb离子扩散分布,并分别拟合计算了扩散系数。经过工艺的调整优化及烧结温度的改变,在1760oC烧结30h得到了平面波导YAG/10at%Yb:YAG/YAG透明陶瓷。3.5mm厚的样品透过率接近理论值,晶界清晰干净,无气孔及第二相。通过ICP-MS测试得到激活离子Yb的单向扩散距离为215μm。尺寸3.5×3.5×3.5mm3的样品实现了连续激光输出,其中在三镜腔下获得最佳激光性能显示单模激光,最大输出功率为1.6W,斜率效率为34.4%。此外,采用流延成型和陶瓷烧结工艺制备了平面波导LuAG/10at%Yb:LuAG/LuAG透明陶瓷,分别在1775、1800、1825oC下进行预烧结后进行热等静压(HIP)1700oC烧结后处理,重点研究了HIP后处理的陶瓷微观形貌、光学性能及掺杂离子Yb的扩散分布。随着预烧温度的升高,HIP后处理样品晶粒尺寸逐渐变大,透过率逐渐提高。其中预烧结温度为1825oC时,2mm厚样品透过率在1100nm处达74%,且Yb3+分布区域最宽,单向扩散距离达170μm。