激光晶體（Laser Crystals）定義：具有激光活性摻雜劑的透明晶體，用作激光增益介質(zhì)，更通用的術(shù)語：激光增益介質(zhì)。

激光晶體是光學(xué)晶體，通常是單晶（單晶光學(xué)材料）被用作固態(tài)激光器的增益介質(zhì)。在大多數(shù)情況下，它們被摻入了三價稀土離子或過渡金屬離子。當(dāng)晶體通過吸收泵浦光（光泵浦）提供的能量時，這些離子使晶體能夠通過受激輻射放大激光波長的光。

與摻雜玻璃相比，晶體通常具有更高的過渡截面、更小的吸收和發(fā)射帶寬、更高的熱導(dǎo)率和可能的雙折射。在某些情況下，單晶激光材料可能會被陶瓷激光增益介質(zhì)代替，陶瓷激光增益介質(zhì)具有精細(xì)的多晶結(jié)構(gòu)。

常見的激光活性摻雜物

最常用的激光活性稀土離子和基質(zhì)晶體以及典型發(fā)射波長如下表所示：

下表列出了常見的過渡金屬摻雜晶體：

這些表格只包含最常見的基質(zhì)晶體；還有許多其他的基質(zhì)晶體，但使用頻率較低。

基質(zhì)晶體的重要特性

• 基質(zhì)晶體不僅僅是將激光活性離子固定在空間的特定位置的一種手段。主體材料的一些屬性是很重要的。
• 介質(zhì)在泵浦和激光輻射的波長范圍內(nèi)應(yīng)具有高透明度（低吸收和散射），以及良好的光學(xué)均勻性。在某種程度上，這取決于材料的質(zhì)量，由制造過程的細(xì)節(jié)決定。
• 基質(zhì)晶體對泵浦和激光躍遷的波長、帶寬和躍遷截面以及上能態(tài)壽命有很大影響。例如，與 Nd:YAG 相比，Nd:YVO 4具有更高的橫截面、更大的增益帶寬和更短的上能級壽命。其他釹基質(zhì)晶體提供其他躍遷波長，例如，Nd:YLF 的1047 或 1053 nm 。
• 非輻射躍遷（例如多聲子躍遷）也受到基質(zhì)的強(qiáng)烈影響，特別是受到其最大聲子能量的影響。其中一些躍遷是非常有害的，會導(dǎo)致上能態(tài)粒子的種猝滅（從而降低量子效率）。
• 最大可能的粒子摻雜度很大程度上取決于基質(zhì)材料及其制造方法。
• 不同的晶體材料在硬度和其他屬性方面有很大的不同，這決定了用什么方法以及如何簡單地對它們進(jìn)行高質(zhì)量的切割和拋光。
• 有些材料在化學(xué)上不穩(wěn)定，例如吸濕性。
• 特別是對于高功率激光器，需要高熱導(dǎo)率、低熱光系數(shù)（用于弱熱透鏡）和高機(jī)械應(yīng)力耐受性。
• 脈沖能量密度或峰值強(qiáng)度方面的高損傷閾值對于高能放大器很重要。

很明顯，不同的應(yīng)用導(dǎo)致對激光增益介質(zhì)的要求完全不同。出于這個原因，使用了各種各樣的不同晶體，做出正確的選擇對于構(gòu)建具有最佳性能的激光器至關(guān)重要。

常見的激光的晶體基質(zhì)

晶體基質(zhì)的范圍很廣，可以根據(jù)重要的原子成分和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分組。一些重要的晶體組是：

• 石榴石，如Y3Al5O12（YAG）、Gd3Ga5O12（GGG）和Gd3Sc2Al3O12（GSGG）：堅硬的化學(xué)惰性材料，具有光學(xué)各向同性和高熱導(dǎo)率。
• 藍(lán)寶石 (Al 2 O 3 )（例如用于鈦-藍(lán)寶石激光器）和鋁酸鹽，例如用于釹摻雜的YAlO 3 (YALO, YAP) ：高硬度和高導(dǎo)熱性，各向異性。
• 倍半氧化物，如Y2O3、Sc2O3：各向同性、高硬度和高導(dǎo)熱性。
• 釩酸鹽，如 YVO4 和 GdVO4：Nd3+ 的激光截面非常高，各向異性。
• 氟化物，如YLF4（YLF）：Nd:YLF具有良好的紫外透明性、雙折射性、較大的儲能能力；也可將LiCAF、LiLuF、LiSAF用作摻鉻寬帶增益介質(zhì)。
• 硅酸鹽，如MgSiO4(forsterite)：較寬的增益帶寬。
• 單斜雙鎢酸鹽，如 KGd(WO 4 ) 2 (KGW) 和 KY(WO 4 ) 2 (KYW)：結(jié)合了相對較高的Yb 3+激光截面、大增益帶寬和高導(dǎo)熱率。
• 無序的四方雙鎢酸鹽，如NaGd(WO4)2(NGW)和NaY(WO4)2(NYW)： 鐿的增益帶寬特別大。
• 用于中紅外激光器的鈣化物，如ZnS或ZnSe。

可飽和吸收器的激光晶體

一些激光晶體材料已經(jīng)被證明，其中加入了一些可飽和吸收劑材料，用于激光的無源Q開關(guān)。例如，Cr4+離子可以被加入到這種摻釹的晶體中，以便在1μm的光譜區(qū)域發(fā)射。例如，這已經(jīng)在Cr:Nd:YAG和Cr:Nd:YVO4中得到嘗試。

有了這個概念，就不需要增加可飽和吸收晶體，這樣就可以制造出更緊湊的Q開關(guān)激光器裝置，并降低內(nèi)部附加損耗。然而，也可能發(fā)生不必要的副作用，例如獲得所涉及離子的不必要價態(tài)或能量轉(zhuǎn)移。此外，如果不更換激光晶體本身，就無法嘗試不同厚度或摻雜濃度的吸收體，那么在實驗中就會失去一些靈活性。

激光晶體的幾何形狀

那些被激光束通過的表面通常以布儒斯特角定向或具有抗反射涂層。即使是鍍增透膜的晶體通常也會稍微傾斜于光束，以防止背向反射留在激光諧振腔中。這對于鎖模激光器和可調(diào)諧單頻激光器很重要。

高的表面質(zhì)量同樣非常重要，表面平整度的規(guī)格通常優(yōu)于λ/10。這有助于避免會降低激光器光束質(zhì)量的散射損失和波前畸變。適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚硪矔绊憮p壞閾值，這很重要，例如 用于高能脈沖放大器。 最后，高度的端面平行度對于避免晶體中光束方向的變化很重要。