레이저 크리스탈은 공간과 시간에 일관성이 있는 고평행 및 단색 레이저를 사용하여 외부 세계에서 제공되는 에너지를 크리스탈 재료로 변환할 수 있습니다. 크리스탈 레이저의 작동 재료입니다. 레이저 결정은 발광 중심과 매트릭스 결정의 두 부분으로 구성됩니다. 대부분의 레이저 결정의 발광 중심은 활성 이온으로 구성되며, 이는 호스트 결정의 양이온을 부분적으로 대체하여 도핑된 레이저 결정을 형성합니다. 활성 이온이 매트릭스 결정의 일부가 되면 자체 활성화된 레이저 결정이 형성됩니다.
레이저 크리스탈에 사용되는 활성 이온은 주로 전이 금속 이온과 3가 희토류 이온입니다. 전이 금속 이온의 광학 전자는 외부 층의 3D 전자입니다. 결정에서 광학 전자는 주변 결정 장의 영향을 받기 쉽기 때문에 스펙트럼 특성은 결정 유형에 따라 매우 다릅니다. 3가 희토류 이온의 4f 전자는 5S 및 5p의 외부 전자에 의해 보호되어 결정장의 영향을 약화시킵니다. 그러나 결정장의 교란으로 인해 금지된 4f 전자 전이가 가능해지고 협대역 흡수선과 형광선이 생성됩니다. 따라서 서로 다른 결정에 있는 3가 희토류 이온의 스펙트럼은 전이 금속 이온의 스펙트럼만큼 변하지 않습니다.
레이저 결정에 사용되는 주요 매트릭스 결정은 산화물과 불화물입니다. 매트릭스 결정으로서 안정된 물리적, 화학적 특성과 더불어 광학적 균일성이 우수하고 가격이 저렴한 대형 결정 성장이 용이할 뿐만 아니라 반경, 전기음성도, 원자가 등 활성화된 이온과의 적응성을 고려해야 합니다. 매트릭스 양이온과 활성화된 이온은 최대한 가까워야 합니다. 또한, 활성 이온의 스펙트럼에 대한 매트릭스의 결정장이 미치는 영향도 고려해야 합니다. 특수 기능을 가진 일부 매트릭스 결정의 경우 활성 이온을 도핑하여 특정 특성을 가진 레이저를 직접 생성할 수 있습니다. 예를 들어 일부 비선형 결정에서는 활성 이온에 의해 생성된 레이저가 매트릭스 결정을 통해 고조파 출력으로 직접 변환될 수 있습니다.
레이저 크리스탈에 사용되는 활성 이온은 주로 전이 금속 이온과 3가 희토류 이온입니다. 전이 금속 이온의 광학 전자는 외부 층의 3D 전자입니다. 결정에서 광학 전자는 주변 결정 장의 영향을 받기 쉽기 때문에 스펙트럼 특성은 결정 유형에 따라 매우 다릅니다. 3가 희토류 이온의 4f 전자는 5S 및 5p의 외부 전자에 의해 보호되어 결정장의 영향을 약화시킵니다. 그러나 결정장의 교란으로 인해 금지된 4f 전자 전이가 가능해지고 협대역 흡수선과 형광선이 생성됩니다. 따라서 서로 다른 결정에 있는 3가 희토류 이온의 스펙트럼은 전이 금속 이온의 스펙트럼만큼 변하지 않습니다.