2μm激光处于“人眼安全”波段,因对大气有强穿透力以及水分子对其强烈的吸收等特性使它在测距、相干激光雷达、大气传感以及医疗手术等领域得到广泛的应用,同时大功率2μm激光也是中红外3～5μm光参量振荡器的良好泵浦源。因此,优质的2μm激光光源,尤其是需要2μm的超快激光成为了当前研究的热点。然而传统的2μm激光晶体材料晶格结构有序,发射光谱较窄,不易实现超快激光。通过掺杂离子取代晶体材料中原有的一种或者多种离子,其晶格会因为掺杂离子尺寸与原离子的尺寸有差异而发生变化,进而提高晶体的无序性,其中的激活离子能级与空间随机变化的晶格振动能级相耦合促使激光上下能级分裂形成更宽激光光谱,利于实现超快激光输出。本文首次提出无序激光晶体Tm³⁺:GYAP的生长方案,讨论了无序单晶GYAP的生长及影响生长质量的因素。成功生长了无序晶体Tm³⁺:GYAP,并对该晶体进行了光学性能表征以及2μm连续波激光实验和石墨烯被动调Q激光实验研究。实验结果表明我们生长的无序激光晶体Tm³⁺:GYAP拥有宽的荧光光谱以及大的发射截面,其激光特性稳定,具有实现2μm波段超快激光的潜能。本文主要研究内容及成果如下:1.用高纯度（99.999%）原料氧化钆（Gd₂O₃）、氧化钇（Y₂O₃）和氧化铝（Al₂O₃）经提拉法生长了结构无序的GYAP单晶,并详细的介绍了整个生长工艺,由X射线衍射法（XRD）测试得到它的结构与YAP单晶结构相同,同属Pnma空间群。2.采用提拉法生长了Tm³⁺:GYAP激光晶体,经XRD测试表征得到Tm³⁺:GYAP晶体与YAP晶体结构相同,对晶体衍射图谱拟合计算得到晶胞参数分别为a=5.321?、b=7.371?、c=5.176?;测试了Tm³⁺:GYAP晶体的吸收光谱,在794nm波长处有一个强的吸收峰,结合Judd-Ofelt理论计算了激光自发辐射概率、自发辐射寿命和J-O强度等参数,得到Ω₂=2.20×10^-20cm²、Ω₄=1.74×10^-20cm²、Ω₆=1.60×10^-20cm²,沿a、b、c轴取向的吸收截面分别为0.47×10^-20cm²（797nm）、0.55×10^-20cm²（777nm）、0.41×10^-20cm²（794nm）;测试了Tm³⁺:GYAP晶体的荧光光谱,沿a、b、c轴取向荧光光谱半高宽分别为189 nm、202nm、203nm,受激发射截面分别为0.80×10^-20cm²（1956nm）、0.70×10^-20cm²（1903nm）、0.43×10^-20cm²（1935nm）,对比其他掺铥离子(Tm³⁺)激光晶体,Tm³⁺:GYAP晶体具有更大的受激发射截面和受激吸收截面以及更宽的荧光光谱,这些特性有利于实现超快激光输出。3.通过实验分别测试了Tm³⁺:GYAP（2 at.%）和Tm³⁺:GYAP（5 at.%）晶体的连续激光输出特性。对于Tm³⁺:GYAP（2 at.%）晶体,最大输出功率为426m W,斜效率为6.4%,线偏振光消光比为15.19d B。对于Tm³⁺:GYAP（5 at.%）晶体,最大输出功率3.52W,斜效率为43.7%,光-光转化率为33.9%,激光偏振方向与晶体c轴同向,晶体消光比为16.9d B。4.首次采用单层石墨烯作为可饱和吸收体对激光进行被动调Q,在吸收泵浦功率为10.38W时,平均输出功率约为0.946W,激光斜率效率约为15.2%,最大单脉冲能量为239.7μJ,单脉冲峰值功率为474.8W,最短脉冲持续时间为492ns,脉冲重复频率为4.05KHz。