在激光物理學(xué)的范疇內(nèi)，激光增益介質(zhì)是一種能夠放大光功率（通常以光束的形式）的介質(zhì)。在激光器中需要這樣的增益介質(zhì)來補(bǔ)償諧振器的損耗，它也稱為有源激光介質(zhì)，與無源光學(xué)元件相反，不提供放大功能。它也可用于光放大器中，術(shù)語增益指放大的量。
當(dāng)增益介質(zhì)向放大的光增加能量時(shí)，它自身必須通過泵浦過程接收一些能量，這通常會(huì)涉及電流（電泵浦）或一些光輸入（光泵浦），通常波長(zhǎng)小于 信號(hào)波長(zhǎng)。
激光增益介質(zhì)的類型
有多種非常不同的增益介質(zhì)； 其中最常見的是：
- 一些直接帶隙半導(dǎo)體，例如GaAs, AlGaAs, InGaAs，它們通常是由電流泵浦，以量子阱的形式（參閱半導(dǎo)體激光器）。
- 激光晶體或者玻璃，例如Nd:YAG（摻釹釔鋁石榴石），Yb:YAG（摻鐿YAG），Yb：玻璃，Er:YAG（摻鉺YAG），或者鈦藍(lán)寶石，以固體片狀形式或者光學(xué)玻璃光纖（光纖激光器，光纖放大器）。這些晶體或者玻璃摻雜了一些激光活性離子（大多數(shù)情況下為三價(jià)稀土元素離子，有時(shí)為過渡金屬離子），并且用光波泵浦。采用這些介質(zhì)的激光器通常被稱為摻雜絕緣子激光器。
- 陶瓷增益介質(zhì)，通常也摻雜稀土元素離子。
- 在染料激光器中采用激光染料，通常是液體溶液。
- 氣體激光器是采用一些氣體或者氣體混合物，通常采用放電器泵浦（如CO2激光器和受激準(zhǔn)分子激光器）。
- 一些特殊的增益介質(zhì)，如化學(xué)增益介質(zhì)（將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成光能），核能泵浦介質(zhì)，還有自由電子激光器中的波蕩器（將快電子束中的能量轉(zhuǎn)移到光束中）。
相比于大多數(shù)的晶體材料，離子摻雜的玻璃具有更大的放大帶寬，允許較大的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍和超短脈沖的產(chǎn)生。缺點(diǎn)是較差的熱性能（限制了可實(shí)現(xiàn)的輸出功率）和較低的激光器橫截面，導(dǎo)致較高的閾值泵浦功率和（對(duì)于被動(dòng)鎖模激光器）Q 開關(guān)不穩(wěn)定性的趨勢(shì)更強(qiáng)。
晶體、陶瓷和玻璃的摻雜濃度通常需要經(jīng)過仔細(xì)調(diào)配。在短波長(zhǎng)處存在強(qiáng)泵浦吸收的情況下需要摻雜濃度比較高，但是這也會(huì)引起與淬滅過程相關(guān)的能量損耗，例如由于激光活性離子團(tuán)簇引起的上轉(zhuǎn)換過程和能量轉(zhuǎn)移到缺陷。
重要的物理效應(yīng)
大多數(shù)情況下，放大過程的物理基礎(chǔ)為受激輻射，也就是入射的光子引發(fā)更多的光子輻射，這是激發(fā)的激光活性離子先躍遷一個(gè)稍低能量的激發(fā)態(tài)。四能級(jí)增益介質(zhì)和三能級(jí)增益介質(zhì)的過程是有差別的。
一個(gè)不太常用的放大過程是受激拉曼散射，涉及將一些高能泵浦光子轉(zhuǎn)換為低能級(jí)的光子和聲子（與晶格振動(dòng)相關(guān)）。如果入射光功率很高，增益介質(zhì)達(dá)到增益飽和后，增益會(huì)降低。也就是說，在有限的泵浦功率時(shí)，放大器無法將任意多的功率增加到入射光束中。在激光放大器中，飽和與受激發(fā)射引起的上激光能級(jí)的粒子數(shù)減少有關(guān)。
增益介質(zhì)中存在熱效應(yīng)，由于一部分泵浦光功率被轉(zhuǎn)化成熱量。由此產(chǎn)生的溫度梯度和隨后的機(jī)械應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致熱透鏡效應(yīng)，使放大的光束變形，也會(huì)出現(xiàn)去極化損失。熱效應(yīng)可以破壞激光器的光束質(zhì)量，降低其效率，有時(shí)甚至破壞增益介質(zhì)（熱斷裂）。
相關(guān)物理特性
- 增益介質(zhì)的多種物理特性可能與激光器的使用有關(guān)，主要包括：
- 在需要波長(zhǎng)區(qū)域的激光躍遷過程，最好峰值增益發(fā)生在此區(qū)域；
- 在工作波長(zhǎng)區(qū)域基質(zhì)介質(zhì)具有高度的透明度（低折射率）；
- 好的泵浦光源，實(shí)現(xiàn)高效的泵浦吸收；
- 合適的上能級(jí)壽命，在調(diào)Q開關(guān)應(yīng)用時(shí)要足夠長(zhǎng)，需要對(duì)功率進(jìn)行很快調(diào)制時(shí)需要足夠短；
- 高的量子效率，由低淬滅效應(yīng)，激發(fā)態(tài)吸收等獲得，但也可能通過足夠強(qiáng)的有益效應(yīng)，如某些多聲子轉(zhuǎn)換或能量轉(zhuǎn)移獲得；
- 理想的四能級(jí)系統(tǒng)，因?yàn)闇?zhǔn)三能級(jí)行為引入一些其它額外的約束條件；
- 堅(jiān)固耐用，使用壽命長(zhǎng)，化學(xué)穩(wěn)定性好
- 對(duì)于固態(tài)增益介質(zhì)：基地介質(zhì)需要具有好的光學(xué)質(zhì)量，可以切割或者拋光的很高質(zhì)量（合適的硬度），允許摻雜高濃度的激光活性離子而不會(huì)形成團(tuán)簇，化學(xué)穩(wěn)定性好，好的熱傳導(dǎo)性和低熱光系數(shù)（高功率工作時(shí)弱的熱棱鏡效應(yīng)），抗機(jī)械應(yīng)力，光學(xué)各向同性通常需要，但有時(shí)雙折射（減小熱去極化效應(yīng)）和與偏振相關(guān)的增益也會(huì)需要（參閱激光輻射的偏振）
- 高增益時(shí)的低泵浦功率閾值：輻射截面與上能級(jí)壽命的乘積比較大；
- 對(duì)泵浦光源的光束質(zhì)量要求低：高的泵浦吸收是需要的；
- 波長(zhǎng)調(diào)諧：需要大的增益帶寬；
- 超短脈沖產(chǎn)生：增益譜寬并且平坦；合適的色散和非線性；
- 無需調(diào)Q穩(wěn)定性的無源鎖模激光器：足夠大的激光截面；
- 高能脈沖放大（正反饋放大器）：高的光學(xué)損傷閾值和不太高的飽和對(duì)增益的影響。
注意在有些情況下需要一些相互沖突的要求。例如，非常低的量子缺陷是與四能級(jí)系統(tǒng)不符合的。大的增益帶寬對(duì)應(yīng)的激光截面與理想狀況下相比較小，并且這樣量子缺陷不會(huì)很小。固態(tài)增益介質(zhì)中的無序性提高了增益帶寬，但是同時(shí)也降低了熱傳導(dǎo)性。短的泵浦吸收長(zhǎng)度是有利的，但是這會(huì)加劇熱效應(yīng)。
不同的情況下對(duì)增益介質(zhì)的要求不同。因此，很多增益介質(zhì)對(duì)于應(yīng)用還是非常重要，在優(yōu)化激光器的設(shè)計(jì)時(shí)選擇合適的增益介質(zhì)是非常必要的。