一、用途
光學晶體在光學器件中扮演核心角色，主要應用于以下領域：
- 光學系統調節與控制：制作偏振器、濾光器、透鏡等，調節光的傳播方向、強度及偏振狀態。
- 激光技術：作為激光介質，實現頻率轉換、調制、偏轉及Q開關功能，是激光器的關鍵材料。
- 光學通信：用于光信號調制、檢測及光隔離器、光環形器等器件，保障光通信系統的穩定性。
- 信號處理：在光學濾波、光開關及光計算中，實現信號的高效處理與傳輸。
二、分類
光學晶體按晶體結構、功能及應用場景可分為以下類型：
- 按晶體結構分類
- 單晶：晶格結構完整、連續且有序，無晶界或顆粒邊界，具有高透光率和低輸入損耗。常用材料包括石英（SiO?）、螢石（CaF?）、氟化鋰（LiF）等。
- 多晶：由多個晶粒組成，晶粒間通過晶界連接，具有各向同性。常見材料有多晶硅、多晶鍺等，廣泛應用于太陽能電池和光電器件。
- 按功能分類
- 非線性光學晶體：在強激光場下顯示非線性光學效應，用于激光頻率轉換、調制及Q開關。例如，磷酸鈦氧鉀（KTP）、三硼酸鋰（LBO）等。
- 激光晶體：將外界能量轉化為激光，具有高增益、高效率及良好導熱性。例如，摻釹釔鋁石榴石（Nd:YAG）、摻釹釩酸釔（Nd:YVO?）等。
- 磁光晶體：利用磁光效應實現光信號調制與檢測，應用于光記憶和光通訊。例如，鋱鎵石榴石（TGG）、釔鐵石榴石（YIG）等。
- 雙折射晶體：具有雙折射現象，用于制作光隔離器、偏振器等。例如，α相偏硼酸鋇（α-BBO）、釩酸釔（YVO?）等。
三、特性
光學晶體具備以下關鍵特性，使其成為光學器件的理想材料：
- 高透光性：在紫外到紅外波段具有優異的光透過率，減少光傳輸損耗。
- 各向異性：在不同方向上光學性質（如折射率）不同，可用于偏振控制。
- 非線性效應：部分晶體在強光下顯示非線性光學特性，實現頻率轉換等高級功能。
- 高損傷閾值：能夠承受高功率激光照射而不損壞，適用于高能激光系統。
- 穩定性：化學性質穩定，不易受環境影響，確保長期使用可靠性。
四、示例
以下是一些典型光學晶體及其應用：
- 非線性光學晶體
- 磷酸鈦氧鉀（KTP）：非線性系數大、倍頻轉換效率高，是Nd:YAG激光倍頻的常用材料。
- 三硼酸鋰（LBO）：透光波段范圍寬、光學均勻性好，適用于高功率激光系統。
- β相偏硼酸鋇（BBO）：相位匹配波段寬、倍頻轉換效率高，常用于紫外激光生成。
- 激光晶體
- 摻釹釔鋁石榴石（Nd:YAG）：高增益、高效率，廣泛應用于工業加工和醫療激光。
- 摻釹釩酸釔（Nd:YVO?）：對泵浦光吸收系數高，適用于中低功率激光器。
- 磁光晶體
- 鋱鎵石榴石（TGG）：磁光常數大、抗激光損傷閾值高，用于光隔離器和光調制器。
- 雙折射晶體
- α相偏硼酸鋇（α-BBO）：在190-3500 nm波段具有大雙折射，適用于寬波段偏振器件。
- 釩酸釔（YVO?）：透光范圍寬、雙折射系數大，常用于激光偏振器。
