激光是受激辐射的光放大，所辐射的波长取决于增益介质中关键电子的能级结构，特别是其最外层电子的状态决定了可能实现的激光特性。激光发展60年来，激光晶体作为激光的重要激活材料，推动了激光技术的进步和普及，是一个研究历史长而又异常活跃的研究领域。当前，超短超强脉冲激光在加工、医疗、**等关系国计民生的领域有重要需求，适合超短超强激光的激光晶体成为了本领域的研究热点，其关键是揭示最外层电子的影响因素及设计和生长具有宽波段发射性能的激光晶体。本论文从探讨影响激活离子光谱性能的关键因素出发，综述了以本课题组十余年研究的10余种无序激光晶体为主要部分的研究结果和进展，涉及晶体生长、晶体物理、激光器件设计及应用等工作，包含了高级、中级和低级对称性晶体及其获得的最短脉冲激光结果，希望能为本领域的后续研究提供一定的参考和借鉴。

稀土离子掺杂的无序激光晶体，具有宽的发射光谱和较高的热导率，在超短脉冲研究应用中受到广泛关注。利用提拉法生长无序激光晶体Nd∶ BaLaGa3O7，测量室温下偏振吸收谱、发射谱及荧光寿命表征其光谱性能。Nd∶BaLaGa3O7在808 nm处的吸收半峰全宽达到15 nm，4F3/2 →4I11/2发射半峰全宽为27 nm，受激发射截面为3×10-20 cm2，荧光寿命为311 μs,是优良的超短脉冲激光增益材料。实验对Nd∶BaLaGa3O7光谱性质的表征对其在激光中的应用具有重要指导意义。

轧辊激光毛化技术作为一种最新的轧辊毛化方法，具有广泛的应用前景。但由于加工方法的限制，目前的激光毛化技术产生的轧辊表面毛化点分布成一个周期性各向异性的分布，导致最后轧制的毛化冷轧薄钢板效果不理想。提出了一种可以产生随机频率随机能量激光的光纤激光控制方法，此方法通过一个高效的随机数算法产生一个随机频率和随机占空比的脉冲宽度调制信号控制激光器输出特定波形的激光进行毛化加工，能够使得毛化轧辊表面产生随机无序分布的毛化花纹，最终轧制的毛化冷轧薄钢板能够满足表面各向同性亚光的要求，并且还能够提高加工效率，基于该方法的毛化加工设备已在实际生产中得到应用并且取得良好效果。

Localized modes in one-dimensional (1D) media with uniaxial scatterers that are assumed to be order in spatial location but disorder in spatial orientation of their optical axis are investigated. Based on the holistic effect model in random laser, i.e., the random laser is due to the interaction of the complex localized modes in active random media with local aperiodic quasi-structure with appropriate pump light, a physical model on this type of random media is found. Its disorder degree is defined by D=no/ne. Then, the typical transmission spectrum through the random media and the light field intensity distribution corresponding to the defect modes in photonic band-gap are calculated numerically by means of the transfer matrix method, and the condition that the localized mode appears is discussed. Results show that the medium disorder plays an important role in determining the lightwave state. The localized state appears when the medium disorder is strong enough, and a new mechanism creating random laser phenomenon is brought forward.

Cao提出了相干反馈无序激光是由循环光散射(即多重散射形成回路)而产生的观点，但未指出不同数目的散射粒子构成的回路可能激射的相对几率。为了便于分析，对ZnO散射粒子提出了立方体、单面镜的简化模型。针对染料溶液中加入纳米ZnO粒子构成的相干反馈无序激光器以及ZnO粉末薄膜相干反馈无序激光器，通过对实验数据进行分析和计算，证明了二粒子回路比三粒子回路更容易激射，粒子越多的回路越难激射。实验支持了这一观点。