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掺钕铌酸锂(Nd:LiNbO3)晶体结合了Nd3+优异的激光特性以及LiNbO3晶体的电光及非线性光学性能，因而备受瞩目。本论文以Nd:LiNbO3晶体和不同Mg掺量的Mg:Nd:LiNbO3晶体为研究对象，利用红外透射光谱和紫外-可见吸收光谱分析其微观结构以及Mg离子对Nd:LiNbO3晶体光学性能的影响。利用上转换光谱分析飞秒激发下稀土离子能级结构和上转换发光机制，通过计算比较了上转换发光效率，这对优选激光晶体材料，提高短波长固体激光器的性能有着重要意义。具体内容如下： 首先，介绍了掺稀土的铌酸锂晶体和上转换发光的研究进展，并对掺稀土离子的上转换发光的理论基础进行了详细论述。 其次，利用红外透射光谱分析了杂质Mg在掺杂LiNbO3晶体中的掺杂阈值浓度及其占位情况。Mg在掺杂LiNbO3晶体中的阈值浓度为3~5mol％之间，在掺Mg量没有达到阈值浓度时，Mg占据 NbLi，在超过阈值浓度后，Mg同时进入NbNb和LiLi位，导致吸收峰值从3482cm-1提高到了3535cm-1，进而得出Mg离子是使OH-吸收峰发生紫移的原因。利用紫外-可见吸收光谱分析了本征吸收边的变化和本征吸收边移动的机理，得到了与红外光谱中占位模型相同的结论。并且还得出 Mg:Nd:LiNbO3晶体吸收光谱的吸收峰的位置与Nd:LiNbO3晶体的基本相同的结论。 最后，根据样品的紫外-可见吸收光谱测试结果，分别选取752nm、813nm为激发光的波长，搭建实验光路，再选取不同的激发功率来测试镁钕铌酸锂晶体的上转换发光，利用上转换光谱对其上转换发光机制和上转换发光效率进行了分析。 综上，在飞秒脉冲激发下镁钕铌酸锂晶体可以产生上转换发光，在适当的条件下得到了较好的上转换发光效率，是优良的上转换发光材料。