激光晶体由发光中心和基质晶体组成。大部分激光晶体的发光中心由激活离子构成。激活离子部分取代基质晶体中的阳离子形成掺杂型激光晶体。激活离子是基质组分的一部分时，则构成自激活激光晶体。在色心晶体中，束缚在晶体格点周围的电子和空穴与晶格相互作用形成宽带的发光中心，使其成为一类波长可调谐的激光晶体。实际应用的激光晶体，大部分为掺杂型激光晶体。

常用的激活离子有以下两大类。

①过渡金属离子，其光学电子是处于外层的3d电子。在晶体中这种光学电子易受到周围晶场的直接作用，所以在不同结构类型的晶体中，其光谱特性有很大差异。如Cr³⁺离子在强晶场的氧化铝（Al₂O₃）中，由²E→⁴A₂能级的跃迁产生波长为6943埃的锐线。在中等晶场的铝酸铍中，除锐线外还出现长波方向的宽带荧光，这是由于在这种晶体中²E和⁴T₂E能级中的粒子被热激发到⁴T₂能级，从⁴T₂能级向下的发光跃迁终止在电子振动能级上，这样发光光谱的宽度与晶格振动能量分布的宽度有关，所以，这种晶体中荧光由锐线和宽带荧光组成。在弱晶场的晶体如Cs₂NaYC₁₆中，⁴T₂能级在2E能级以下2400厘牛^-1，发光跃迁发生在⁴T₂到电子振动能级，形成宽带荧光。20世纪80年代，随着人们对过渡金属离子与基质晶体相互作用的深入研究，发现了一批波长连续可调的激光晶体，其中Ti∶Al₂O₃晶体在室温下调谐范围从0.680～1.178微米，且调谐增益曲线平坦，是研究较多的一种可调谐激光晶体。

②3价稀土离子，其4f电子受到5s和5p外层电子的屏蔽作用，减少了晶场对4f电子的作用，但晶场的微扰作用使本来禁戒的4f→4f跃迁成为可能，产生窄带的吸收和荧光谱线。所以3价稀土离子在不同晶体中的光谱不像过渡金属离子变化那么大。其中，3价钕离子由于基态距终态2000厘米^-1左右，形成典型的四能级系统，激光阈值低，效率高，易实现室温连续运转，是使用最广的激活离子。为适应2微米、3微米等长波长激光的应用需要，也开始了对3价钬、铥和铒等激活离子的研究。

基质晶体包括氧化物（复合氧化物和含氧金属酸化物）和氟化物（包括复合氟化物）两大类。

作为基质晶体除了要求其物理化学性能稳定，容易生长出光学均匀性好的大尺寸晶体且价格较便宜外，还必须考虑它与激活离子间的适应性，如基质阳离子与激活离子的半径、电负性和价态应尽可能接近。此外，还必须考虑基质晶场对激活离子光谱的影响。除不同晶场强度对过渡金属离子光谱的影响外，有些晶体能为激活离子提供多种略有不同掺杂环境，从而加宽了荧光线宽，这对于获得脉冲宽度更窄的超短激光脉冲是有利的。另外，一些钒酸和钨酸基团有相当强的吸收能力，并能将吸收的能量转移给稀土激活离子，起到基质敏化的作用，从而提高效率。对于具有某些特殊功能的基质晶体，掺入激活离子后能直接产生具有某种特性的激光，如在某些非线性晶体中，激活离子产生激光后通过基质晶体能直接转换成谐波输出。已发现了上百种激光基质晶体，如氧化物中的Al₂O₃、MgO和Y₂O₃等，复合氧化物中的Y₃Al₅O₁₂、Gd₃Sc₂Ga₃O₁₂和YAlO₃等，含氧酸化物中的LiNbO₃、ZnWO₄和YVO₄等，氟化物中的CaF₂、LaF₃和MgF₂等，以及复合化合物中的LiYF₄、CaF₂-YF₃和LiCaAlF₆等。

获得广泛研究的激光晶体主要有高平均功率激光晶体、可调谐激光晶体、复合功能激光晶体和半导体激光泵浦的激光晶体。

在传统的灯泵浦晶体激光器中，激光效率通常不超过5%，从晶体考虑，这主要是激活离子仅能吸收灯的宽带发射能量中的一小部分，而浓度猝灭又限制了晶体掺杂浓度的提高，从而限制了吸收系数的提高。1965年人们就提出用敏化技术来提高掺钕石榴石晶体（Nd∶YAG）对泵灯光能的利用率，但是直到1980年初，人们搞清了不同晶场中Cr³⁺离子能级分布后，Cr³⁺作为Nd³⁺离子敏化剂的问题才真正得到解决，并发展了一批八面体配位为中、低晶场的能有效利用Cr³⁺离子来敏化Nd³⁺离子的石榴石晶体，如Nd∶Cr∶Gd₂Sc₂Ga₃O₁₂（Nd∶Cr∶GSGG）和Nd∶Cr∶Gd₃Ga₅O₁₂（Nd∶Cr∶GGG）等。实验表明，Nd∶Cr∶GGG晶体自由运转激光的斜率比相同尺寸的Nd∶YAG提高了3.6倍。70年代初，人们掌握了Nd激光晶体浓度猝灭的起因是相邻Nd³⁺离子间能量的交叉弛豫过程，这种作用使处于基态的粒子激发到⁴I_15/2能级而引起相邻的处于⁴F_3/2亚稳能级的粒子退激发到⁴I_15/2能级。这种粒子间能量的交叉弛豫概率与粒子间距离的6次方成反比。因此，当Nd³⁺间距在5埃以上时，相邻Nd³⁺间能量的交叉弛豫概率急剧下降。基于上述观点，人们发现了一大批以Nd³⁺为基质组分的自激活激光晶体，如NdP₅O₁₄、LiNdP₄O₁₂和NdA_l3（BO₃）₄等。在这些晶体中Nd³⁺浓度高达10²¹厘米^-3以上，但荧光寿命并没有明显下降，使得这类晶体具有较高的吸收系数而成为高效、小型化激光器的晶体材料。

随着泵浦用激光二极管的发展，半导体激光泵浦的激光晶体也获得了广泛的研究。激光二极管发射的是宽度2～3纳米、发散度10～40度的激光，把激光二极管的发射波长调到激活离子的某一吸收峰，就能充分利用泵浦能量达到高的转换效率。但是，激光二极管的发射波长对温度敏感，波长温度系数在每度0.1～0.2纳米左右，因而在这种泵浦体制中，除一般要求外还希望晶体在激光二极管的发射带具有较宽的吸收带，以保证激光输出的温度稳定性和方便使用。激光二极管泵浦的激光器具有高性能、高效率、长寿命、小型化的特点。用激光二极管取代传统的灯泵浦已成为激光器发展的方向。因而发展适合于激光二极管泵浦的激光晶体是激光材料研究的一个重要方面。