激光是一種很奇妙的“物質”，是人類繼原子能、計算機和半導體之后人類的又一偉大發(fā)現。

　　人們都知道，激光亮度極高，可以達到太陽亮度的10億倍甚至更高；激光純凈無比，單色性極好；激光具有無比的準直性（直線傳播）；而且，激光的能量強大，瞬間爆發(fā)的能量，即使最堅硬的物體也能夠被穿透、熔化。因此，激光在生產、生活和科研中的應用十分廣泛，是人們探索自然的強兵利器。

　　產生激光的設備稱為激光器。激光器按照工作物質，可分為氣體激光器、固體激光器、液體激光器和半導體激光器。按工作方式分為連續(xù)、脈沖式及超脈沖激光器。常見激光器有氦氖激光器、二氧化碳激光器、紅寶石激光器、釹玻璃激光器等,下圖是固體激光器的工作原理示意圖。

　　晶體材料在激光器中的應用是非常廣泛的，在激光器中所用的晶體是激光晶體（lasercrystal），它是一種可將外界提供的能量通過光學諧振腔轉化為在空間和時間上相干的具有高度平行性和單色性激光的晶體材料，是晶體激光器的工作物質。例如20世紀60年代問世的第一臺激光器用的就是紅寶石（Cr:Al2O3）晶體。

　　到了20世紀70年代摻釹釔鋁石榴石（Nd:YAG）晶體誕生使得固體激光開始大力發(fā)展；20世紀80年代摻鈦藍寶石(Ti:Al2O3)晶體的出現使超短、超快和超強激光成為可能，并使得飛秒激光科學技術蓬勃發(fā)展并滲透到各種基礎和應用學科領域；20世紀90年代研制的摻釹礬酸釔(Nd:YVO4)晶體使固體激光器的發(fā)展進入新時期——全固態(tài)激光科學技術。下圖就是特殊設計的激光器，中間部分是激光晶體。

　　在當前的各種激光器中，全固態(tài)激光器是最有前途的激光器。而激光晶體就是全固態(tài)工作的核心部件。

　　在微觀結構上看激光晶體由發(fā)光中心和基質晶體兩部分組成。大部分激光晶體的發(fā)光中心由激活離子構成，激活離子部分取代基質晶體中的陽離子形成摻雜型激光晶體。激活離子成為基質晶體組分的一部分時，則構成自激活激光晶體。

　　激光晶體所用的激活離子主要為過渡族金屬離子和三價稀土離子。過渡族金屬離子的光學電子是處于外層的3d電子，在晶體中這種光學電子易受到周圍晶場的直接作用，所以在不同結構類型的晶體中，其光譜特性有很大差異。三價稀土離子的4f電子受到5s和5p外層電子的屏蔽作用，使晶場對其作用減弱，但晶場的微擾作用使本來禁戒的4f電子躍遷成為可能，產生窄帶的吸收和熒光譜線。所以三價稀土離子在不同晶體中的光譜不像過渡族金屬離子變化那么大。

　　激光晶體所用的基質晶體主要有氧化物和氟化物。作為基質晶體除要求其物理化學性能穩(wěn)定，易生長出光學均勻性好的大尺寸晶體，且價格便宜，但要考慮它與激活離子間的適應性，如基質陽離子與激活離子的半徑、電負性和價態(tài)應盡可能接近。此外，還要考慮基質晶場對激活離子光譜的影響。對于某些具有特殊功能的基質晶體，摻入激活離子后能直接產生具有某種特性的激光，如在某些非線性晶體中，激活離子產生激光后通過基質晶體能直接轉換成諧波輸出。

　　進入新世紀，激光和激光科學技術正以其強大的生命力推動著光電子技術和產業(yè)的發(fā)展，激光材料也在單晶、玻璃、光纖、陶瓷等四方面全方位迅猛展開，如微-納米級晶界、完整性好、制作工藝簡單的多晶激光陶瓷和結構緊湊、散熱好、成本低的激光光纖，正在向占據激光晶體首席地位達40年之久的Nd:YAG發(fā)出強有力的挑戰(zhàn)，因此，如何提高激光晶體的質量，生產效率，如何優(yōu)化晶體的生長工藝，已經成為了全世界研究的熱門話題。