在已发现的激光工作物质中，稀土已成为一族极其重要的元素，这都与它们具有特殊的电子组态、众多的可利用的能级和光谱特性有关。
产生激光的必要条件是在能级3上实现粒子反转，即累积在能级3上的反转粒子数必须多于在能级1或能级2上的粒子数。在三能级系统中，在能级1上的粒子必须有50%以上被激发至能级3上才能实现粒子数的反转，故产生激光的阈值比较高（开始产生激光时所需输入的能量或功率称为阈值）。如果从能级3跃迁至能级2上的粒子又可以很快地弛豫至基态1而不积累在能级2上，则在能级2上的粒子数很少。其时，相对于能级2，在能级3上比较容易实现粒子数的反转。故在四能级系统中，产生激光的值较低。在四能级系统中，为降低阈值，稀土激光材料必须满足如下的要求：
（1）为了更好地被光泵激发，稀土激活离子必须有宽的或为数众多的吸收谱带，并与光泵发射的波长相匹配，以使激光材料可从光泵吸收更多能量。
（2）稀土激活离子必须从能级4以无辐射弛豫的方式很快地弛豫至产生激光的亚稳态3。
（3）从能级3至能级2产生的激光跃迁必须满足下列要求：
1）荧光谱线要窄，受激发射截面要大，但对用于调谐操作和用于可调谐操作的激光材料则荧光谱线要宽。
2）尽可能是转射跃迁，不含无辐射跃迁。亚稳态3的寿命尽可能接近自发辐射寿命，其时的量子效率可提高至接近于1。
3）荧光分支比要尽可能大。
（4）不发生从能级3吸收光泵或激光的能量以后向更高能级跃迁的激发态吸收。(www.xing528.com)
（5）从能级2至基态1须是很快的弛豫过程，否则粒子将积累在能级2上排泄不出去而影响在能级3实现粒子数反转。
（6）产生的激光不被基质或其内的杂质所吸收或散射。
（7）对基质材料则有以下要求：
1）必须有良好的光学均匀性。
2）必须有很好的导热性，以免被光泵激发时由于受热而炸裂或引起折射率随温度的变化而产生热光畸变、热透镜和自聚焦等不良效应。
3）热膨胀系数要小，以使激光材料可被牢固地固定。
（8）固体基质材料必须具有良好的力学性能，易加工，而且不被激光所损伤，被激光损伤的阈值要高。
（9）材料的非线性折射率要小，否则可使激光束发生自聚焦而使性能变坏。
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