1. 激光晶體是光學晶體-通常是單晶（單晶的光學材料）它是被用作增益介質為固態激光器。在絕大多數情況下，它們被摻雜有三價稀土離子或過渡金屬離子。當吸收泵浦光（光泵浦）能量提供給晶體時，這些離子會使這些晶體受激發射放大激光波長的光。
2. 與摻雜玻璃相比，晶體通常具有很高的過渡截面、更小的吸收和發射帶寬、更高的熱導率和可能產生的雙折射（有關激光玻璃的文章會更詳細地討論了這些差異變化。）在特定的情況下，單晶激光材料可能會被陶瓷激光增益介質取代，后者會具有更精細的多晶結構。

最常用的激光活性稀土離子和主介質以及代表的發射波長見下表:

離子	常見的宿主晶體	重要的發射波長
釹(Nd3+)	Y3Al5O12(YAG)、YAlO3(YALO)、YVO4(釩酸釔)、YLiF4(YLF)、鎢酸鹽(KGd(WO4)2、KY(WO4)2)	1064、1047、1053、1342、946納米
鐿(Yb3+)	YAG、鎢酸鹽（例如KGW、KYW、KLuW）、YVO4、硼酸鹽（BOYS、GdCOB）、磷灰石（SYS）、倍半氧化物（Y2O3、ScO3）	1030,1020–1070納米
鉺(Er3+)	YAG、YLF	2.9,1.6微米
銩(Tm3+)	YAG	1.9–2.1微米
鈥(Ho3+)	YAG	2.1,2.94微米
鈰(Ce3+)	YLF、LiCAF、LiLuF、LiSAF和類似的氟化物	0.28–0.33μm

下表列出了常見的過渡金屬摻雜晶體：表1：激光活性晶體中常見的稀土離子。

離子	常見的宿主晶體	重要的發射波長
鈦(Ti3+)	藍寶石	650–1100納米
鉻(II)(Cr2+)	鋅硫屬化物，如ZnS、ZnSe和Zn xSe1-x	2–3.4微米
鉻(III)(Cr3+)	Al2O3(紅寶石)、LiSrAlF6(LiSAF)、LiCaAlF6(LiCAF)、LiSrGaF6(LiSGAF)	0.8–0.9微米
鉻(IV)Cr4+)	YAG,MgSiO 4(鎂橄欖石)	1.35–1.65μm(YAG),1.1–1.37μ(鎂橄欖石)

表2：激光活性晶體中常見的過渡金屬離子。

這些表格僅包含最常見的主晶體；當然還有其他的晶體，但它們的使用頻率較低。

主晶體的重要優點

宿主晶體不僅僅是將激光活性離子固定在某些空間位置的一種手段，而且主體的材料有許多的特性是很重要：

• 介質會在泵浦和激光輻射的波長范圍內具有高透明度（低吸收和散射），以及良好的光學均勻性。這在某種程度上取決于材料上的質量，并且是由制造過程中的細節來決定的。
• 宿主介質強烈影響泵浦和激光躍遷的波長、帶寬和躍遷截面以及上能態壽命。比如：與Nd:YAG相比，Nd:YVO4具有更高的橫截面、更多的增益帶寬和較小的上能級壽命。其他釹基質會提供躍遷波長，例如來自Nd:YLF的1047或1053nm。
• 非輻射躍遷（如多聲子躍遷）也會受到宿主的強烈影響，特別是受最大聲子能量的影響。其中一些躍遷是非常有害的，導致上能態粒子數猝滅（從而降低量子效率）。其他的對于激光操作是必不可少的，例如從較低的激光水平去除離子。能量轉移過程也取決于主體材料。
• 最大可能的摻雜濃度很大程度上取決于主體材料及其制造方法。
• 不同的晶體材料在硬度和其他特性方面有很大差異，這決定了它們可以使用哪種方法以及如何容易地切割和拋光質量良好。
• 一些材料在化學上不穩定，例如吸濕性。
• 特別是對于高功率激光器（通常足夠用于中低功率），需要高熱導率、低熱光系數（對于弱熱透鏡）和高機械應力的耐受性是理想的。
• 光學各向同性可能是有益的，但在其他情況下，雙折射（減少熱去極化）和可能依賴于偏振的增益是更好的（另見：光的偏振）。
• 脈沖能量密度或峰值強度方面的高損傷閾值是對于高能放大器是很重要。

很明顯，不同的應用導致對激光增益介質的要求是十分不同的。由于這個原因，使用了廣泛的不同晶體，才能做出對于構建最佳性能的激光器。

普通晶體激光宿主介質

晶體介質的范圍很廣，可以根據重要的原子成分和晶體結構進行分組。一些重要的晶體組是：

1. 石榴石，如Y3Al5O12(YAG),Gd3Ga5O12(GGG),和Gd3Sc2Al3O12(GSGG):堅硬且化學惰性的材料，光學各異性，具有高導熱性；
2. 藍寶石(Al2O3)（例如用于鈦-藍寶石激光器）和鋁酸鹽，用于釹摻雜的YAlO3(YALO,YAP)：高硬度和導熱性，各向異性；
3. Y2O3,Sc2O3等倍半氧化物：各向同性、硬度高、導熱性好；
4. 釩酸鹽，如YVO4和GdVO4：Nd3+的非常高的激光橫截面，各向異性;
5. 氟化物，如YLiF4(YLF)：良好的紫外線透明度、雙折射、Nd:YLF的大能量儲存能力；還有LiCAF、LiLuF、LiSAF作為摻鉻寬帶增益介質;
6. 硅酸鹽，例如MgSiO4（鎂橄欖石）：寬增益帶寬;
7. 單斜雙鎢酸鹽，例如KGd(WO4)2(KGW)和KY(WO4)2(KYW)：結合了相對較高的Yb3+激光橫截面、大增益帶寬和高熱導率
8. 無序四方雙鎢酸鹽，如NaGd(WO4)2(NGW)和NaY(WO4)2(NYW)：鐿增益帶寬特別大;
9. 硫屬化物，如用于中紅外激光器的ZnS或ZnSe。

集成可飽和吸收器的激光晶體

被證實部分激光晶體材料，它們中的可飽和吸收體材料被用于無源調Qa的激光。例如：可以將Cr4+離子結合到此類Nd摻雜晶體中，以在1-μm光譜區域發射。并且這已經用Cr:Nd:YAG和Cr:Nd:YVO4進行了嘗試挑戰。

有了這樣的概念，那就不需要額外的可飽和吸收晶體，因為這就可以制造出更為緊湊的調Q激光器，它們的內部寄生損耗會更低。但是也可能會發生一些副作用，假設獲得所涉及離子或能量轉移的不需要的狀態。另外，如果不能將不同厚度或摻雜濃度的吸收體在不更換激光晶體本身的情況下，在實驗中可能會失去靈活。

激光晶體的幾何形狀

1. 最常見的是長方體形式，晶體可以具有橫向尺寸（垂直于激光束）和幾毫米的厚度的薄共面板。它可以接近垂直入射的激光束，或以布儒斯特角。還可以固定在一些的底座上，也可以作為散熱器。不過較大的晶體通常用于側泵浦，例如使用高功率二極管條。
2. 在特定的情況下，是需要端面之間的極端角度，如：一個端面必須是布魯斯特角，而另一個端面是垂直入射的角。
3. 板條激光器基于相對平坦的板條，它不一定不是長方體形式。
4. 許多側面泵浦激光器使用相對較長的圓柱形激光棒，如：由Nd:YAG制成。特別是對于燈泵浦激光器，棒的長度是幾厘米，但是棒的直徑要小很多（幾毫米）。
5. 薄盤激光器是需要一個圓盤，通常是有圓形橫截面，厚度僅僅為100-200μm，摻雜濃度相對較高。
6. 單片固態激光器需要特殊的幾何形狀，如：非平面環形振蕩器。
7. 出于各種原因，復合晶體越來越受歡迎。這些是具有空間變化的化學成分，可以制成特殊的形狀。
8. 有的單晶光纖，其中是將單晶材料（通常包含激光活性摻雜劑）拉成光纖的形式。在這里晶體-空氣界面獲得波導效應，也有可能來自熱透鏡、摻雜梯度或者的其他效應。

批量的屬性

對于給定的摻雜劑和主體介質，摻雜濃度是很重要的參數。其他問題是摻雜的均勻性（影響淬滅趨勢）、雜質水平（例如不需要的稀土離子）和光學均勻性。這些因素中會有幾個影響材料的吸收和散射損失或熱透鏡的強度。

盡管不同的激光器設計可能對材料參數有著不同的敏感性，但一樣的生產的晶體質量是有保障的。

參數的優化

增益介質的幾何形狀、摻雜劑和摻雜濃度最有利的因素是取決于:可用的泵浦源（激光二極管或燈的類型）、泵浦布置，但是材料本身也是會有一些影響。例如：鈦藍寶石激光器必須是以高強度泵浦。因此橫向冷卻棒的形式是以相對較小的泵浦和激光束直徑來運行，比薄盤更加合適。

或者調Q激光器在上激光能級達到更高的密度，對淬滅效應會更敏感，能量轉移的過程；因為較低的摻雜密度一般只適用于這些器件。對于高功率激光器，會使用較低的摻雜密度來限制發熱密度，盡管薄盤激光器在高度摻雜的晶體中效果會更好，但大多數激光產品是無法充分發揮它的性能，因為有些細節還沒有很好的解決方法。

光學表面

那些激光束的表面是布儒斯特角定向或者具有抗反射涂層。即使是鍍有增透膜的晶體，這樣也會傾斜光束，來防止背向反射停留在激光諧振腔中。這對于鎖模激光器和可調諧單頻激光器是非常重要的。

高質量當然很重要的，但是表面平整度指標要優于λ/10。這樣有助于降低激光器光束質量的散射損失和波前畸變。此外，劃痕和挖掘規范（表面質量）限制了小范圍缺陷；例如:對于中等質量的生產，就可能會變成“80-50”，當然這對于特別苛刻的激光應用，應用就會寫為“10-5”有時候的表面處理也會影響到損傷閾值，這對于高能脈沖放大器等是十分重要的。當然高度的端面平行度對避免晶體中光束方向的變化是很重要的。