超强超短激光可以提供前所未有的极端物理条件与全新实验手段，而钛宝石晶体是实现太瓦至拍瓦级超强超短激光最成熟的激光增益介质，特别地，大尺寸（≥Φ220mm）钛宝石晶体是10PW级超强超短激光装置的核心关键材料之一。已报道的生长钛宝石晶体的主要方法有提拉法、温度梯度法、坩埚下降法、泡生法和热交换法等，其中，热交换法是目前能够获得大尺寸（≥Φ220mm）高质量钛宝石晶体的唯一方法。国外采用热交换法生长钛宝石晶体的单位主要是美国GTAT公司，于2010年报道了Φ176.5mm的钛宝石元件，此后大口径钛宝石一直由该公司垄断。 

　　晶体中心研究团队在国内率先开展了热交换法生长大尺寸钛宝石激光晶体研究工作，研制成功国内首台热交换法生长大尺寸钛宝石晶体装置。采用特殊结构的温场，可生长大尺寸钛宝石晶体，增加了探针装置监测晶体生长固液界面及生长速率，同时配备了全自动计算机晶体生长控制系统。2015 年，研制成功直径 157mm的钛宝石晶体元件。 2017 年研制出全球最大直径 235 mm的钛宝石晶体元件，并成功应用于上海超强超短激光装置（SULF）上，获得 10.3 拍瓦激光放大输出。《Science》评价SULF的此项成果：是自1960年第一台激光器发明以来在激光脉冲功率提升方面取得的五个里程碑式进展之一。2018年11月习总书记视察上海张江科技城展厅中的超强超短激光实验装置模型和大口径钛宝石晶体时，获得习总书记“最强光”的点赞肯定，高度评价了上海超强超短激光实验装置取得的国际领先成果。