针对目前普遍存在的难以准确测定晶体组分的问题, 提出一种以 YAG 晶体为标样、采用 X 射线荧光光谱分析法准确测定晶体组分的方法。测试样品分别为纯 YAG 晶体、生长原料掺杂浓度 1.2 at% 和 2.0 at% Yb:YAG 晶体, 采用 X 射线荧光光谱分析法, 对不同浓度的 Yb:YAG 晶体的组分进行了无损、快速、准确的测定。以纯 YAG 晶体作为标准样品, 标定主成分的含量, 大幅提高了检测结果的准确度, 主成分 Y3+ 和 Al3+ 的测试误差小于 1%、掺杂 Yb3+ 的 测试误差小于 5%。通过晶体放肩初始部位 Yb3+ 的浓度测定结果, 计算出 Yb3+ 在两种待测晶体中的分凝系数分别为 1.025 和 1.045, 接近于 1, 有利于实现 Yb:YAG 晶体的高浓度掺杂以及优质晶体 生长。2.0 at% Yb:YAG 晶体的首尾掺杂浓度差小于 5%, 说明晶体等径部分掺杂浓度均匀性高。

为了测量脉冲时间宽度小于20 ns时的γ射线时间分辨图像, 发展了新型无机闪烁体Yb: YAG, 并实验测量了晶体的发光衰减时间、X射线激发发光光谱、相对发光效率和空间分辨等性能, 研究了Yb: YAG晶体的发光性能。实验表明, Yb: YAG发光有三种衰减成分, 快成分衰减常数为1.2 ns, 慢成分衰减常数与射线种类有关; X射线激发发光光谱在250~800 nm范围, 有三个发光峰, 分别为320, 380和500 nm, 且320 nm处强度最大; 相对发光效率为1900 ph/MeV; 使用钨分辨卡测得Yb: YAG空间分辨能力为2 lp/m, 使用刀口法测得空间调制传递函数为0.5时的频率为0.7 lp/mm。结果说明Yb: YAG晶体性能能够满足所需测量要求。

对脉冲激光二极管(LD)端面抽运变热导率方片Yb:YAG晶体的温度场进行了分析和研究，建立了端面绝热、周边恒温的热传导模型，采用半解析理论，结合牛顿法得到了晶体的温度场分布，分析了不同的抽运功率、超高斯阶次、光斑半径和晶体尺寸因素对晶体温度场的影响。计算结果表明,当采用抽运功率为80 W、超高斯半径为400 μm、超高斯阶次为3的脉冲激光二极管对晶体进行抽运时，在将Yb:YAG晶体的热导率分别视为常量和非常量的情况下，该晶体在抽运端面处获得的最大温升分别为31.69，35.66 ℃。研究结果为激光器的设计提供了一定的理论指导。

报道了薄片式Yb:YAG/1030 nm激光器，Yb:YAG晶体掺杂原子数分数为10%，几何尺寸Φ11 mm×420 μm，高反面经Cr/Au金属化处理后，采用铟焊工艺焊接到微通道水冷热沉上。耦合系统为四程抽运结构，球面镜规格为直径26 mm，曲率半径50 mm，在32.4 W抽运功率下，1030 nm最高输出可达13.55 W，光光转换效率为41.8%。

报道了腔内倍频Yb:YAG/BIBO 515 nm薄片激光器，Yb:YAG晶体掺杂浓度(原子数分数)为10%，几何尺寸为11 mm×420 μm，高反面经Cr/Au金属化处理后，采用铟焊工艺焊接到微通道水冷热沉上。理论上计算了抽运光吸收效率和注入光斑半径。耦合系统为四程抽运结构，球面镜规格为直径=26 mm，曲率半径ρ=50 mm，倍频晶体选用按Ⅰ类临界相位匹配角度切割的BIBO，相位匹配角度(θ，Φ)=(166.7°,90°)。在24.9 W注入抽运功率下，515 nm激光最高输出功率可达680 mW，光-光转换效率为2.73%。

通过对Yb:YAG晶体荧光谱线的分析，讨论了其低温条件下的增益特性。利用激光二极管作为抽运源，采用背向端面抽运方式，使用掺杂原子数分数为8%的片状Yb:YAG晶体，搭建了一台低温条件下工作的再生放大器。通过小能量信号光注入，在-90 ℃的低温下，可以得到重复频率10 Hz，脉宽10 ns，能量10.3 mJ的激光脉冲输出，放大倍数达107倍。

借助于Cr4+,Yb:YAG激光放大器抽运动力学模型，在浓度(原子数分数)厚度(mm)积为15%·mm、抽运功率密度为20 kW/cm2的情况下，对不同口径、不同掺杂浓度的Cr4+,Yb:YAG晶体放大器中的储能进行了模拟计算。计算表明，在不掺入Cr4+的Yb:YAG晶体中，随着Yb3+浓度的增加（横向尺寸不变）和横向尺寸的增加（浓度不变），最终获得的储能密度反而减小。但在混合掺入Cr4+后，放大器中的储能将受到Cr4+浓度的影响，在Yb3+的浓度和横向尺寸一定情况下，放大器中的最大储能随Cr4+的增加将先增加，后减小，即：在一定情况下，为了获得放大器中最大的储能，掺入的Cr4+离子浓度有一优化值，这一优化值将由Yb3+离子浓度和介质的横向尺寸确定。

采用无水乙醇低温冷却Yb:YAG片状放大器结构，验证温度对准三能级结构Yb:YAG晶体自吸收的影响。详细研究了放大器在不同条件下的放大性能。在光抽运能量为2.17 J时，单通双程的小信号增益在低温(213 K)下可达3倍；采用双通四程放大结构，小信号增益提高到9倍，获得了单脉冲能量60 mJ的信号光输出。

设计了四程泵浦的Yb:YAG薄片激光器。晶体掺杂原子数分数为10%, 几何尺寸为直径10 mm、厚340 μm, 提出了Cr/Au金属化方案, 采用铟焊工艺将其焊接到微通道水冷热沉上。耦合系统为四程泵浦结构, 球面镜规格为直径30 mm、曲率半径50 mm。利用LightTools软件模拟计算了泵浦光斑半径, 选用曲率半径200 mm输出镜以使泵浦光斑半径与基模光斑半径比符合模式匹配原则。在激光二极管阵列泵浦功率为18.73 W 时,获得了最高功率为4.81 W的1 030 nm连续激光输出,光-光转换效率为25.7%。