具有锆英石（ZrSiO₄）结构的四方钒酸盐晶体,是三价镧系稀土激活离子的重要基质材料;而与之同晶型的四方正磷酸盐晶体,也有望成为这类激活离子的理想基质。在四方钒酸盐和磷酸盐晶体中,以LuVO₄和LuPO₄最适合用作Yb离子基质晶体。因此,研究四方结构LuVO₄和LuPO₄晶体中Yb离子的激光特性,具有重要的实际意义。本工作中,我们对Yb:LuVO₄和Yb:LuPO₄两种晶体的光谱学性质、泵浦光吸收行为、连续波激光特性及以Cr⁴⁺:YAG、GaAs、二维WS₂等为可饱和吸收体的被动调Q脉冲激光特性开展了较为系统和深入的实验研究,取得了一系列有重要创新意义的研究成果。两种晶体的比较研究表明,Yb:LuVO₄的?偏振吸收和受激发射截面的峰值约为Yb:LuPO₄相应值的4倍,而Yb:LuPO₄晶体对976-nm泵浦光的吸收更容易出现饱和。就激光性能而言,Yb:LuPO₄晶体远比Yb:LuVO₄更为优越。在Yb:LuPO₄晶体的连续波激光运转中,由0.6 mm厚微片晶体产生的最大输出功率为3.30 W;而2 mm长微棒晶体（横向尺寸约0.7 mm）所产生的输出功率可达8.35 W。利用简单的平凹谐振腔,实现了Yb:LuVO₄晶体以Cr⁴⁺:YAG为可饱和吸收体的被动调Q脉冲激光运转。在Cr⁴⁺:YAG初始透过率T₀=99.3%的条件下,由稳定调Q所产生的最大输出功率为2.35 W,斜率效率为25%,相应的脉冲能量和脉冲宽度为8.2μJ和39.2 ns。重要的是,与最大输出功率相应的脉冲重复频率达到285.7 kHz,已接近由Cr⁴⁺:YAG恢复时间所决定的固有重复频率上限。通过对激光谐振腔构型和GaAs晶体参数及其腔内位置的选择和优化,实现了Yb:LuPO₄微棒晶体两种不同模式的GaAs被动调Q激光运转。在高重复率高功率（HRHP）模式下,所产生的最大输出功率为5.0 W,斜率效率34%,脉冲重复率可达333.3 kHz,最小脉冲宽度为68.1 ns。而在低重复率高能量（LRHE）模式下,最大输出功率为0.85 W,是在3.7 kHz的脉冲重复率下产生的,相应的脉冲能量为230?J,而脉冲宽度和峰值功率分别为5.5 ns和41.8 kW。利用耦合平行平面腔,在很高的输出透过率条件下,实现了Yb:LuPO₄微片晶体以二维WS₂（WSe₂）为可饱和吸收体的高功率被动调Q激光运转。由WS₂被动调Q产生的最大输出功率为4.35 W,斜率效率为47%,脉冲重复率则达到1.33 MHz。所获得的最大脉冲能量、最小脉冲宽度和最高峰值功率分别为3.41?J、28.6 ns和110.0W。这些实验结果,也是目前二维可饱和吸收体被动调Q所达到的最好水平。