Лазерный кристалл может преобразовывать энергию внешнего мира в кристаллические материалы с помощью высокопараллельного и монохроматического лазера, когерентного в пространстве и времени. Это рабочий материал кристаллического лазера. Лазерный кристалл состоит из двух частей: центра люминесценции и матричного кристалла. Центры люминесценции большинства лазерных кристаллов состоят из активных ионов, которые частично замещают катионы в основном кристалле, образуя легированные лазерные кристаллы. Когда активные ионы становятся частью матричного кристалла, они образуют самоактивирующийся лазерный кристалл.
Активные ионы, используемые в лазерном кристалле, представляют собой в основном ионы переходных металлов и ионы трехвалентных редкоземельных металлов. Оптические электроны ионов переходных металлов представляют собой трехмерные электроны во внешнем слое. В кристалле оптические электроны легко подвергаются воздействию окружающего кристаллического поля, поэтому спектральные характеристики сильно различаются в разных типах кристаллов. 4f-электроны трехвалентных редкоземельных ионов экранируются внешними электронами 5S и 5p, что ослабляет действие на них кристаллического поля. Однако возмущение кристаллического поля делает возможным запрещенный 4f-электронный переход и приводит к образованию узкополосных линий поглощения и флуоресценции. Поэтому спектр трехвалентных редкоземельных ионов в разных кристаллах меняется не так сильно, как спектр ионов переходных металлов.
Основными матричными кристаллами, используемыми в лазерных кристаллах, являются оксид и фторид. Поскольку матричный кристалл, помимо его стабильных физических и химических свойств, кристаллов большого размера, которые легко выращивать, с хорошей оптической однородностью и низкой ценой, следует учитывать его адаптируемость к активированным ионам, таким как радиус, электроотрицательность и валентность катионы матрицы и активированные ионы должны располагаться как можно ближе. Кроме того, следует учитывать влияние кристаллического поля матрицы на спектр активных ионов. Для некоторых матричных кристаллов со специальными функциями лазер с определенными характеристиками можно генерировать напрямую путем легирования активных ионов. Например, в некоторых нелинейных кристаллах лазер, генерируемый активными ионами, может быть напрямую преобразован в гармонический выходной сигнал через матричный кристалл.
Активные ионы, используемые в лазерном кристалле, представляют собой в основном ионы переходных металлов и ионы трехвалентных редкоземельных металлов. Оптические электроны ионов переходных металлов представляют собой трехмерные электроны во внешнем слое. В кристалле оптические электроны легко подвергаются воздействию окружающего кристаллического поля, поэтому спектральные характеристики сильно различаются в разных типах кристаллов. 4f-электроны трехвалентных редкоземельных ионов экранируются внешними электронами 5S и 5p, что ослабляет действие на них кристаллического поля. Однако возмущение кристаллического поля делает возможным запрещенный 4f-электронный переход и приводит к образованию узкополосных линий поглощения и флуоресценции. Поэтому спектр трехвалентных редкоземельных ионов в разных кристаллах меняется не так сильно, как спектр ионов переходных металлов.