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

　　人們都知道，激光亮度極高，可以達(dá)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(zhǔn)直性（直線傳播）；而且，激光的能量強(qiáng)大，瞬間爆發(fā)的能量，即使最堅(jiān)硬的物體也能夠被穿透、熔化。因此，激光在生產(chǎn)、生活和科研中的應(yīng)用十分廣泛，是人們探索自然的強(qiáng)兵利器。

　　產(chǎn)生激光的設(shè)備稱為激光器。激光器按照工作物質(zhì)，可分為氣體激光器、固體激光器、液體激光器和半導(dǎo)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(yīng)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(xué)諧振腔轉(zhuǎn)化為在空間和時(shí)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(zhì)。例如20世紀(jì)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(jì)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(jì)80年代摻鈦藍(lán)寶石(Ti:Al2O3)晶體的出現(xiàn)使超短、超快和超強(qiáng)激光成為可能，并使得飛秒激光科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展并滲透到各種基礎(chǔ)和應(yīng)用學(xué)科領(lǐng)域；20世紀(jì)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(jìn)入新時(shí)期——全固態(tài)激光科學(xué)技術(shù)。下圖就是特殊設(shè)計(jì)的激光器，中間部分是激光晶體。

　　在當(dāng)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(jié)構(gòu)上看激光晶體由發(fā)光中心和基質(zhì)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(gòu)成，激活離子部分取代基質(zhì)晶體中的陽離子形成摻雜型激光晶體。激活離子成為基質(zhì)晶體組分的一部分時(shí)，則構(gòu)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(jià)稀土離子。過渡族金屬離子的光學(xué)電子是處于外層的3d電子，在晶體中這種光學(xué)電子易受到周圍晶場的直接作用，所以在不同結(jié)構(gòu)類型的晶體中，其光譜特性有很大差異。三價(jià)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(chǎn)生窄帶的吸收和熒光譜線。所以三價(jià)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(zhì)晶體主要有氧化物和氟化物。作為基質(zhì)晶體除要求其物理化學(xué)性能穩(wěn)定，易生長出光學(xué)均勻性好的大尺寸晶體，且價(jià)格便宜，但要考慮它與激活離子間的適應(yīng)性，如基質(zhì)陽離子與激活離子的半徑、電負(fù)性和價(jià)態(tài)應(yīng)盡可能接近。此外，還要考慮基質(zhì)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(zhì)晶體，摻入激活離子后能直接產(chǎn)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(chǎn)生激光后通過基質(zhì)晶體能直接轉(zhuǎn)換成諧波輸出。

　　進(jìn)入新世紀(jì)，激光和激光科學(xué)技術(shù)正以其強(qiáng)大的生命力推動(dòng)著光電子技術(shù)和產(chǎn)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(jié)構(gòu)緊湊、散熱好、成本低的激光光纖，正在向占據(jù)激光晶體首席地位達(dá)40年之久的Nd:YAG發(fā)出強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)，因此，如何提高激光晶體的質(zhì)量，生產(chǎn)效率，如何優(yōu)化晶體的生長工藝，已經(jīng)成為了全世界研究的熱門話題。