Yb:YAG 晶体水平定向结晶法生长及其退火变色机理讨论Yb:YAG 晶体以其优异的热学、机械、光学、激光性能成为新的讨论热点，被视为进展高效率、大功率固体激光器的一个主要方向，成为当前最有进展前景的全固态激光器工作物质。在军事、民用、材料、信息等领域中的广泛应用，迫切需要大尺寸、高品质 Yb:YAG 晶体材料。但传统生长方法、工艺难以满足要求，故本论文国内首次采纳水平定向结晶法生长 Yb:YAG 晶体。对乌克兰 UKAK-2 型单晶生长炉充分讨论后进行了改进。经过一系列准备工作、合适晶体生长工艺参数探究等阶段后，最终生长出总体完整性较好、尺寸为 170mm×150mm×30mm 的板状 8at.%Yb:YAG 单晶。真空气氛下生长出的 Yb:YAG 晶体因存在色心呈蓝绿色，1400℃退火后色心消逝。对两种晶体进行晶体结构表征，结果表明晶体中无杂相、品质较好。腐蚀后形貌分析发现退火后晶体内应力释放、到达表面的位错增加，更易被腐蚀，表面粗糙度大、显微镜下腐蚀坑数量多。针对目前色心形成机理尚不明确的问题，探究 900℃、1000℃、1100℃和1400℃不同温度退火 5 小时以及 900℃下 5 小时、10 小时、20 小时、30 小时和40 小时不同退火时间对晶体光学性能的影响。结果表明近红外区域 900nm～1050nm 范围内三处吸收峰一直存在，为 Yb:YAG 本征吸收峰，不同条件下仅强度发生变化；色心引起 385nm 和 645nm 两处吸收峰，由氧空位及 Yb3+还原为 Yb2+引起，适当条件退火后晶体变为无色透明，色心消除，两吸收峰同时消逝；在485nm 和 1029nm 附近存在两处荧光发射峰，强度较弱，1100℃退火后荧光强度最大；退火时间及温度的增加有助于提高荧光寿命，900℃退火 40 小时值最大；电子顺磁共振谱结果与吸收光谱一一对应。利用第一性原理模拟分析实验现象本质，根据实验掺杂浓度及存在氧空位情况分别建模，对比分析晶格常数、能带结构、态密度、光学性能变化情况，证实氧空位造成禁带宽度减小，大部分原子各轨道电子态移动；结合吸收光谱实验，确定 385nm 处吸收峰是氧空位造成的，645nm 处吸收峰是 Yb3+变价造成的。为给后期实验提供必要的理论支撑，进而模拟 50at.%Yb:YAG 晶体，分析结果发现禁带宽度骤减、电子态改变，并可能产生新吸收带，出现浓度猝灭现象。
