引言

在激光物理与非线性光学研究中，非线性晶体扮演着核心角色。它们可以将一种波长的激光转化为另一种波长，是实现倍频、和频、差频以及光学参量放大（OPA）等非线性过程的关键材料。
随着飞秒激光器、超快光谱、光通信与中红外激光源等技术的发展，对非线性晶体的性能、参数和适配性提出了更高的要求。
为帮助科研人员与工程师快速了解与比较常见非线性晶体的性能参数，本文基于一个 HTML 页面工具进行解析与科普，并系统性梳理了晶体的各项关键特性，包括化学组成、结构、光学系数、透明窗口、色散、热导等内容，并结合定义、详细描述和实际应用展开说明。

概念

常见非线性晶体的光学物理属性是指这些材料在强激光场下表现出的特殊光学特性，通常包括以下几个重要的参数和现象：

1. 非线性光学响应

• 定义：非线性光学响应是指材料在高强度光场作用下，其光学特性（如折射率、极化等）发生变化的现象。非线性晶体对电磁波的响应不同于普通的线性材料，其响应与光强度的关系呈非线性。
• 详细描述：当光强度较高时，材料中的电子云会发生畸变，从而引发非线性极化现象，这种现象在某些晶体材料中尤为显著。例如，常见的非线性光学晶体如β-BBO（β-BaB₂O₄）、LBO（LiB₃O₅）等，能够在强激光场下实现二次谐波生成、光参量放大等非线性效应。
• 实际应用：这些材料广泛应用于激光频率转换、光学参量放大器（OPA）、脉冲压缩、超短脉冲生成等领域。

2. 二次非线性效应

• 定义：二次非线性效应是指材料在高强度光场的作用下，能够产生与输入光波频率的倍数关系的新光波。例如，二次谐波生成（SHG）、差频产生（DFG）、光学参量放大（OPA）等。
• 详细描述：二次非线性效应源于晶体的二阶非线性极化率（χ²）。当光波通过具有二阶非线性特性的晶体时，材料内的非线性极化与光场的强度和频率相关，能够生成新的频率成分。
• 实际应用：广泛用于激光器的倍频（如产生紫外光）、红外激光的产生、信号放大等。

3. 相位匹配

• 定义：相位匹配是指在非线性光学过程中，波的相位速度匹配，使得不同频率的光波在非线性介质中相遇时，能够维持固定的相对相位关系，从而有效增强非线性效应。
• 详细描述：相位匹配条件保证了在非线性光学过程中，生成的高频光与基频光之间的相位差保持恒定，最大程度地提高了效率。不同的非线性晶体和不同的光波长会有不同的相位匹配条件。
• 实际应用：相位匹配在光学频率转换（如倍频、三倍频等）、光学参量放大器等技术中起着关键作用。

4. 损伤阈值（LIDT）

• 定义：损伤阈值是指材料在特定波长、脉冲宽度和重复频率下，能够承受的最大光强度，超过此强度会导致材料表面发生损伤。
• 详细描述：损伤阈值对于选择适当的激光功率、脉冲能量和重复频率至关重要。不同的非线性晶体具有不同的损伤阈值，通常与材料的带隙结构、光学损失、表面质量等因素相关。
• 实际应用：在高功率激光应用中（如激光加工、激光切割、激光诱导损伤实验等），选择适合的非线性晶体和控制光束功率，避免超出损伤阈值至关重要。

5. 群速度色散（GVD）

• 定义：群速度色散是指不同频率的光波在介质中传播时，群速度的变化。它是描述材料在非线性效应中传播特性的重要参数。
• 详细描述：群速度色散影响激光脉冲的形态和时间宽度，过度的群速度色散会导致脉冲展宽，从而影响激光系统的性能。非线性晶体的群速度色散通常通过调节晶体的厚度和相位匹配条件来进行优化。
• 实际应用：群速度色散控制在脉冲压缩、超短脉冲产生和宽带激光源中应用广泛。

4.折射率

• 定义：折射率是材料对光波传播的响应特性，决定了光的传播速度和方向变化。在非线性光学中，折射率通常是光强的函数。
• 详细描述：非线性晶体的折射率对光的强度非常敏感，通常具有非线性折射率（如β-BBO中的折射率变化），并且该折射率变化会影响非线性光学效应的强度和效率。
• 实际应用：非线性折射率对光束的聚焦、反射以及高频转换等过程有着深远影响，在频率转换、脉冲压缩等领域具有重要作用。

使用方法

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结语

非线性光学晶体是现代激光技术不可或缺的核心材料。通过该网页工具，研究人员可以快速查阅常见晶体的关键物理与光学参数，为实验设计、器件选型提供基础数据支持。

今后，随着数据库扩展，该工具还可纳入更多材料属性（如双折射系数、Sellmeier公式、温度稳定区间等），实现更专业、更精准的光学设计辅助功能。