Материалы, предназначенные для изготовления лазерных актив­ных элементов, должны обладать совершенно определенной систе­мой энергетических уровней. Условие инверсной населенности легче всего достигается в четырехуровневой квантовой системе.

Важнейшими свойствами, которыми должен обладать материал активного лазерного элемента с оптической накачкой, являются:

· наличие резких, интенсивных линий флюоресценции с кванто­вым выходом на рабочем переходе, близким к 1;

· наличие достаточно широких полос активного поглощения в области излучения источника накачки;

· отсутствие потерь в материале на частоте рабочего перехода.

Перечисленным требованиям лучше всего удовлетворяют пара­магнитные диэлектрики, представляющие собой твердые растворы ионов элементов с недостроенными внутренними электронными оболочками в различных кристаллических или аморфных матрицах. В качестве таких ионов обычно применяются элементы группы же­леза, имеющие недостроенную 3d-оболочку, редкозе­мельные элементы с недостроенной 4f-оболочкой (лантаноиды) и актиноиды с недостроенной 5f-оболочкой. Наиболее широко ис­пользуются лантаноиды.

Все электронные переходы осуществляются между уровнями энергии парамагнитных ионов. Эти ионы, называемые активато­рами. Они являются собственно активными. Остальная кристалличе­ская или аморфная основа в большинстве случаев выполняет роль матрицы. Однако многие свойства активного вещества определяются именно матрицей, к которой предъявляются высокие требо­вания.

[1] Внутреннее электрическое поле электрет имеет всегда: и с металлизацией, и без нее.

Таким требованиям с разной степенью полноты удов­летворяют различные оксиды, фториды, хлориды, стекла, пластмас­сы и другие кристаллические и аморфные вещества. К ним, в част­ности, относятся:

1) оксиды и соединения с комплексными анионами:

– оксиды элементов III группы;

– материалы на основе кисло­родных соединений элементов IV группы – вольфраматы, молибдаты;

– материалы на основе кислородных соединений элементов V группы – ниобаты, танталаты и ванадаты;

– материалы на осно­ве кислородных соединений элементов IV группы – силикаты, германаты, титанаты, цирконаты, окислы кремния, титана, циркония, гафния;

– кислородные соединения элементов II группы;

– смешанные оксидные лазер­ныекристаллы;

2) фтористые соединения:

– фториды элементов II группы;

– фториды элементов III группы;

– смешанные фториды;

– фториды элементов VII группы;

3) стекло;

4) пластмасса.

Стекла обладают рядом преимуществ перед кристаллическими активными элементами:

· технологично, просто изготовление из них образцов больших размеров заданной формы;

· дешевое сырье, возможно массовое производство изде­лий с заданными и воспроизводимыми свойствами;

· образцы  больших размеров из стекла обладают высокой оптической однородностью;

· стёкла обладают изотропностью свойств и однородностью состава;

· возможно введение в стекло активатора в необходимых концентра­циях с равномерным его распределением по объему.

Но они имеют также и недостатки:

· низкую теплопроводность и высокий термический коэффици­ент линейного расширения;

· ограниченную область прозрачности, которая при введении примесей может еще больше сужаться;

· сравнительно слабую фотохимическую стойкость.

Сравнение свойств кристаллов и стекол показывает, что эти ма­териалы дополняют друг друга и, следовательно, одинаково важны для лазерной техники.