固體激光工作物質是由基質材料和摻雜離子（激活離子）兩部分組成。工作物質的物理性能主要取決于基質材料，而它的光譜特性主要由激活離子內的能級結構來決定。激光工作物質中的發(fā)光中心是激活離子，在這些離子的電子組態(tài)中，未滿內殼層的電子可以處于不同軌道運動狀態(tài)，形成一系列的能級，激光工作能級是這些離子的未滿內殼層電子能級。由于受到外層電子的屏蔽作用，所以電子發(fā)生能級躍遷不會受到晶體場太大的影響，因而在不同基質中的這類離子光譜與自由狀態(tài)的離子光譜相似。固體激光器對工作物質的要求如下：

(Ⅰ)光學和光譜特性；

(a) 具有三能級或四能級系統(tǒng)，從降低閾值和提高效率的角度來衡量能級結構，四能級優(yōu)于三能級；

(b) 具有寬的吸收帶、大的吸收系數(shù)和吸收截面，以利于儲能；

(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)和振蕩波長處高度透明；

(e) 在激光波長范圍內的吸收、散射等損耗小，損傷閾值高；

(f) 激活離子能夠實現(xiàn)高濃度摻雜，且熒光壽命長；

(g) 不因泵浦光激發(fā)產生色心而導致對光的有害吸收；

(h) 足夠大的尺寸和良好的光學均勻性。

(Ⅱ)物化特性：彈性模量大，熱導率高，熱膨脹系數(shù)??；組分、結構及離子價態(tài)穩(wěn)定；對水、溶劑和環(huán)境氣氛等的化學穩(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，熱應力感生的雙軸聚焦，熱應力雙折射和退偏效應）要小。

(Ⅳ)機械性能：硬度高，自破壞閾值高，抗破壞強度大，易于加工研磨。

       目前，用作激光工作物質的材料主要有晶體、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中實現(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#分頁標題#e#等立方相體系中，激活離子包括Nd、Yb、Pr、Sm、Cr等稀土離子。