固體激光工作物質(zhì)是由基質(zhì)材料和摻雜離子（激活離子）兩部分組成。工作物質(zhì)的物理性能主要取決于基質(zhì)材料，而它的光譜特性主要由激活離子內(nèi)的能級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)決定。激光工作物質(zhì)中的發(fā)光中心是激活離子，在這些離子的電子組態(tài)中，未滿內(nèi)殼層的電子可以處于不同軌道運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，形成一系列的能級(jí)，激光工作能級(jí)是這些離子的未滿內(nèi)殼層電子能級(jí)。由于受到外層電子的屏蔽作用，所以電子發(fā)生能級(jí)躍遷不會(huì)受到晶體場(chǎng)太大的影響，因而在不同基質(zhì)中的這類(lèi)離子光譜與自由狀態(tài)的離子光譜相似。固體激光器對(duì)工作物質(zhì)的要求如下：

(Ⅰ)光學(xué)和光譜特性；

(a) 具有三能級(jí)或四能級(jí)系統(tǒng)，從降低閾值和提高效率的角度來(lái)衡量能級(jí)結(jié)構(gòu)，四能級(jí)優(yōu)于三能級(jí)；

(b) 具有寬的吸收帶、大的吸收系數(shù)和吸收截面，以利于儲(chǔ)能；

(c) 摻入的激活離子具有有效的發(fā)射光譜和大的發(fā)射截面；

(d) 在泵浦光的光譜區(qū)和振蕩波長(zhǎng)處高度透明；

(e) 在激光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸收、散射等損耗小，損傷閾值高；

(f) 激活離子能夠?qū)崿F(xiàn)高濃度摻雜，且熒光壽命長(zhǎng)；

(g) 不因泵浦光激發(fā)產(chǎn)生色心而導(dǎo)致對(duì)光的有害吸收；

(h) 足夠大的尺寸和良好的光學(xué)均勻性。

(Ⅱ)物化特性：彈性模量大，熱導(dǎo)率高，熱膨脹系數(shù)??；組分、結(jié)構(gòu)及離子價(jià)態(tài)穩(wěn)定；對(duì)水、溶劑和環(huán)境氣氛等的化學(xué)穩(wěn)定性好，具有良好的光照穩(wěn)定性。

(Ⅲ)熱光穩(wěn)定性好，熱光系數(shù)最好接近于零；熱光畸變（包括熱透鏡效應(yīng)，熱應(yīng)力感生的雙軸聚焦，熱應(yīng)力雙折射和退偏效應(yīng)）要小。

(Ⅳ)機(jī)械性能：硬度高，自破壞閾值高，抗破壞強(qiáng)度大，易于加工研磨。

       目前，用作激光工作物質(zhì)的材料主要有晶體、玻璃和陶瓷。激光晶體材料包括氟化物、氧化物、溴化物、硫化物、氧氟化物、氧氯化物和氧硫化物等。激活離子覆蓋了鑭系、過(guò)渡元素和錒系的一些元素。激光玻璃主要有氧化物玻璃系統(tǒng)（硅酸鹽、鍺酸鹽和磷酸鹽玻璃等）和非氧化物玻璃系統(tǒng)（鹵化物和硫化物玻璃等），迄今為止只有稀土離子在玻璃基質(zhì)中實(shí)現(xiàn)了激光發(fā)射。激光陶瓷的研究體系比較少，主要集中在YAG、Y₂O₃、Sc₂O₃、Lu₂O₃和YSAG#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#等立方相體系中，激活離子包括Nd、Yb、Pr、Sm、Cr等稀土離子。