Laserkristalle können die von außen zugeführte Energie durch optische Resonatoren in hochparallele und monochrome Laserkristalle mit räumlicher und zeitlicher Kohärenz umwandeln. Es ist die Arbeitssubstanz des Kristalllasers. Der Laserkristall besteht aus zwei Teilen: dem Lumineszenzzentrum und dem Matrixkristall. Das Lumineszenzzentrum der meisten Laserkristalle besteht aus aktivierten Ionen, die die Kationen in Matrixkristallen ersetzen, um dotierte Laserkristalle zu bilden. Wenn aktivierte Ionen Teil der Matrixkristallkomponenten werden, bilden sie einen selbstaktivierten Laserkristall.
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Die in Laserkristallen verwendeten aktiven Ionen sind hauptsächlich Übergangsmetallionen und dreiwertige Seltenerdionen. Die optischen Elektronen von Übergangsmetallionen sind 3d-Elektronen, die sich in der äußeren Schicht befinden. In Kristallen sind diese optischen Elektronen für die direkte Wirkung des umgebenden Kristallfeldes anfällig. Daher variieren ihre spektralen Eigenschaften stark zwischen Kristallen mit unterschiedlichen Strukturtypen. Das 4f-Elektron dreiwertiger Seltenerdionen wird durch 5S- und 5p-Außenelektronen abgeschirmt, was die Wirkung des Kristallfeldes schwächt. Die Störung des Kristallfeldes ermöglicht es jedoch dem verbotenen 4f-Elektronenübergang, schmalbandige Absorptions- und Fluoreszenzlinien zu erzeugen. Die Spektren dreiwertiger Seltenerdionen in verschiedenen Kristallen ändern sich also nicht so stark wie die von Übergangsmetallionen.
Die in Laserkristallen verwendeten Matrixkristalle sind hauptsächlich Oxide und Fluoride. Als Matrixkristall ist es neben seinen stabilen physikalischen und chemischen Eigenschaften leicht, große Kristalle mit guter optischer Gleichmäßigkeit und geringen Kosten zu züchten. Die Anpassungsfähigkeit zwischen Matrixkationen und aktiven Ionen wie Radius, Elektronegativität und Valenzzustand von Matrixkationen und aktiven Ionen sollte jedoch so nahe wie möglich betrachtet werden. Darüber hinaus sollte auch die Auswirkung des Matrixkristallfelds auf die Spektren aktivierter Ionen berücksichtigt werden. Bei einigen Matrixkristallen mit speziellen Funktionen kann ein Laser mit bestimmten Eigenschaften direkt durch Dotieren aktivierter Ionen hergestellt werden. Beispielsweise kann in einigen nichtlinearen Kristallen der durch aktivierte Ionen erzeugte Laser durch Matrixkristalle direkt in eine harmonische Ausgabe umgewandelt werden.