红宝石激光器的工作物质是红宝石棒。在激光器的设想提出不久，红宝石就被首先用来制成了世界上第一台激光器。激光用红宝石晶体的基质是Al 2 O 3 ，晶体内掺有约0.05% （重量比）的Gr 2 O 3 。Cr 3 密度约为，1.58×10 19 / 厘米3 。Cr 3 在晶体中取代Al 3 位置而均匀分布在其中，光学上属于负单轴晶体。在 Xe （氙）灯照射下，红宝石晶体中原来处于基态E 1的粒子，吸收了Xe 灯发射的光子而被激发到E 3能级。粒子在E 3能级的平均寿命很短（约10 -9 秒）。大部分粒子通过无辐射跃迁到达激光上能级E 2 。粒子在E 2能级的寿命很长，可达3 ×10 -3 秒。所以在E 2能级上积累起大量粒子，形成E 2和E 1之间的粒子数反转，此时晶体对频率ν满足h ν＝E 2 —E 1（其中h 为普朗克常数，E 2 、E 1分别为激光上、下能级的能量）的光子有放大作用，即对该频率的光有增益。当增益G 足够大，能满足阈值条件时，就在部分反射镜端有波长为6943 ×10 -10 米的激光输出。
