固体激光工作物质是由基质材料和掺杂离子（激活离子）两部分组成。工作物质的物理性能主要取决于基质材料，而它的光谱特性主要由激活离子内的能级结构来决定。激光工作物质中的发光中心是激活离子，在这些离子的电子组态中，未满内壳层的电子可以处于不同轨道运动状态，形成一系列的能级，激光工作能级是这些离子的未满内壳层电子能级。由于受到外层电子的屏蔽作用，所以电子发生能级跃迁不会受到晶体场太大的影响，因而在不同基质中的这类离子光谱与自由状态的离子光谱相似。固体激光器对工作物质的要求如下：

(Ⅰ)光学和光谱特性；

(a) 具有三能级或四能级系统，从降低阈值和提高效率的角度来衡量能级结构，四能级优于三能级；

(b) 具有宽的吸收带、大的吸收系数和吸收截面，以利于储能；

(c) 掺入的激活离子具有有效的发射光谱和大的发射截面；

(d) 在泵浦光的光谱区和振荡波长处高度透明；

(e) 在激光波长范围内的吸收、散射等损耗小，损伤阈值高；

(f) 激活离子能够实现高浓度掺杂，且荧光寿命长；

(g) 不因泵浦光激发产生色心而导致对光的有害吸收；

(h) 足够大的尺寸和良好的光学均匀性。

(Ⅱ)物化特性：弹性模量大，热导率高，热膨胀系数小；组分、结构及离子价态稳定；对水、溶剂和环境气氛等的化学稳定性好，具有良好的光照稳定性。

(Ⅲ)热光稳定性好，热光系数最好接近于零；热光畸变（包括热透镜效应，热应力感生的双轴聚焦，热应力双折射和退偏效应）要小。

(Ⅳ)机械性能：硬度高，自破坏阈值高，抗破坏强度大，易于加工研磨。

       目前，用作激光工作物质的材料主要有晶体、玻璃和陶瓷。激光晶体材料包括氟化物、氧化物、溴化物、硫化物、氧氟化物、氧氯化物和氧硫化物等。激活离子覆盖了镧系、过渡元素和锕系的一些元素。激光玻璃主要有氧化物玻璃系统（硅酸盐、锗酸盐和磷酸盐玻璃等）和非氧化物玻璃系统（卤化物和硫化物玻璃等），迄今为止只有稀土离子在玻璃基质中实现了激光发射。激光陶瓷的研究体系比较少，主要集中在YAG、Y₂O₃、Sc₂O₃、Lu₂O₃和YSAG等立方相体系中，激活离子包括Nd、Yb、Pr、Sm、Cr等稀土离子。

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