单晶光纤（SCF）具有长径比高、比表面积大、散热好等优势，近年来成为高功率激光振荡器及放大器的选择材料之一。采用光线追迹法，模拟分析了泵浦光在Tm∶YAG SCF中的传播模式及强度分布情况。采用1.7 μm激光二极管（LD）作为泵浦源进行共振泵浦，将模式匹配和泵浦光导波传输结构相结合，实现了Tm∶YAG SCF连续激光运转，在~2.02 μm处获得了7.85 W的功率输出，对应入射泵浦功率的斜效率为46.3%。

采用微下拉法生长了不同掺杂浓度(0.25%,0.50%,0.75%,1.00%，原子数分数)的Nd∶CaYAlO4单晶光纤。通过X射线衍射测试了单晶光纤晶体结构，结果表明晶体结构为四方晶系。测试了Nd∶CaYAlO4单晶光纤的室温偏振吸收和荧光光谱，测试样品在807 nm附近有很强的吸收。其中，1.00%Nd∶CaYAlO4的吸收最强，在σ偏振方向的吸收系数为4.20 cm-1，π偏振方向的吸收系数为4.06 cm-1。1.00%Nd∶CaYAlO4单晶光纤最强发射峰在σ和π偏振下都位于1 080 nm，σ偏振方向的发射带宽为17.7 nm，π偏振方向的发射带宽为17.8 nm。0.25%、0.50%、0.75%、1.00%掺杂浓度的Nd∶CaYAlO4单晶光纤4F3/2能级的荧光寿命分别为129、133、135和140 μs，未观察到浓度猝灭。结果表明Nd∶CaYAlO4单晶光纤是有潜力的超快激光增益介质。

蓝宝石单晶光纤结合了蓝宝石单晶熔点高、物理化学性能稳定的性能特点和光纤长径比大的结构优势，在高温传感、辐射探测等领域得到了广泛的研究。本文通过激光加热基座(LHPG)法成功制备出高质量蓝宝石单晶光纤，其最小直径为50 μm，具有极高的柔韧性。在此基础上系统研究了晶体取向、晶体直径、退火温度等因素对蓝宝石单晶光纤应力分布及力学性能的影响规律，所制备的蓝宝石单晶光纤抗拉强度超过3 000 MPa，展现出了优异的力学性能。

本文采用了激光加热基座(LHPG)法逆向生长技术，实现了多组分Er∶YAP晶体的快速制备。利用LHPG法开展了Er∶YAP单晶光纤的生长研究，通过解决单晶光纤生长过程中存在的色心、开裂、直径起伏等关键问题，制备出直径0.8 mm、长度65 mm的高品质Er∶YAP单晶光纤。对不同掺杂浓度Er∶YAP晶体的光谱性能进行表征分析，结果表明掺杂浓度5%(原子数分数)时，Er3+间存在较强的能量传递过程，有利于实现高效率中红外激光输出。

单晶光纤(SCF)是具有纤维结构的“准一维”功能晶体材料，在高能激光、高温传感、辐射探测、信息通信等**民生领域展现出了巨大的应用前景。本文采用激光加热基座技术成功制备出直径60~100 μm、长径比>6 000∶1的超细Al2O3、YAG单晶光纤，单晶光纤平均直径起伏<4%，展现出良好的柔韧性与波导特性，为单晶光纤器件的小型化与集成化创造了条件。

单晶光纤是具有准一维结构的功能晶体材料, 结合了体块单晶优异的物化性能和传统光纤材料比表面积大的结构优势, 是一种极具潜力的激光增益介质。目前单晶光纤激光的研究主要集中于连续激光输出, 关于脉冲激光性能的研究相对较少。我们采用微下拉法(μ-PD)制备的Yb∶LuAG单晶光纤(SCF)作为增益介质, 获得了输出功率大于4 W、斜效率21.66%、光束质量因子M2接近于1的连续激光输出。在此基础上, 采用MoTe2作为可饱和吸收体, 实现了Yb∶LuAG SCF最高单脉冲能量3.39 μJ的被动调Q脉冲激光输出。该工作为Yb∶LuAG SCF在全固态高功率连续和脉冲激光器中的应用提供了参考。

稀土倍半氧化物单晶光纤材料凭借超高的熔点(~2 400 ℃)、稳定的物化性能以及灵活的结构被认为是极具潜力的高温传感介质。本文采用激光加热基座(LHPG)法, 成功生长了透明无开裂Dy3+离子掺杂的倍半氧化物单晶光纤Lu2O3 和Y2O3 。依据Dy3+离子的4I15/2和4F9/2能级为一对热耦合能级对(TCLs), 测试得到了430~520 nm波长范围内的下转换荧光光谱。荧光强度比(FIR)结果显示, 晶体在298~673 K温度范围内的荧光强度具有良好的温度相关性。其中Dy∶Lu2O3 在该范围内的最大相对灵敏度和绝对灵敏度分别为0.97%·K-1(315 K)和1.62×10-4 K-1(673 K), 展现出更为优异的温度传感性能。

单晶光纤因其独特的结构特点以及优良的物理性能而被广泛应用于高功率激光器、辐射探测以及高温环境监测等领域。本文综述了单晶光纤的生长技术, 探讨了微下拉法(μ-PD)、激光加热基座法(LHPG)以及导模法(EFG)的生长特点, 并重点梳理了单晶光纤生长过程中存在的问题及解决方案。此外详细介绍了包层制备技术发展现状以及局限性。最后, 阐述了现阶段单晶光纤的主要分类以及应用场景并对未来发展作出展望。

采用微下拉法成功生长出Sm∶YAG和Sm∶Y3ScAl4O12单晶光纤。XRD结果表明晶体为立方晶系，晶胞参数分别为a=1.199 3 nm和a=1.200 0 nm。测试了室温下单晶光纤的拉曼光谱、吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命。Sm∶Y3ScAl4O12最大声子能量为766 cm-1。Sm∶YAG和Sm∶Y3ScAl4O12 在可见波段的最强吸收位于405 nm附近，非常适合InGaN/GaN二极管泵浦。404 nm激发下，最强发射带位于618 nm处， 对应于Sm3+的4G5/2→ 6H7/2能级跃迁， 测得Sm∶YAG和Sm∶Y3ScAl4O12上能级4G5/2的荧光寿命分别为1.86 ms和1.83 ms。实验结果表明Sm∶YAG和Sm∶Y3ScAl4O12单晶光纤是有潜力的红橙光波段激光增益介质。