晶体的光学元件
光学原材料
光学原材料光学的原材料主要包括：1. 光学玻璃：包括有色光学玻璃、激光玻璃、石英光学玻璃、抗辐射玻璃、紫外红外光学玻璃、纤维光学玻璃、声光玻璃、磁光玻璃和光变色玻璃等。
2. 光学晶体：卤化物单晶，如氟化物单晶，溴、氯、碘的化合物单晶，铊的卤化物单晶等。
还有氧化物单晶，如蓝宝石（Al2O3）、水晶（SiO2）、氧化镁(MgO）和金红石（TiO2）等。
此外，制作透镜等光学元件的原材料包括石英、钠玻璃和钛酸锶等。
其中，石英透镜的优点在于防腐性强，可用于制作紫外线光学仪器。
钠玻璃透镜价格较低，适用于制作低成本光学仪器。
钛酸锶透镜的优点在于色散极小。
分析：光学原材料是制造各种光学元件的基础，其质量和性能直接影响到光学元件的质量和性能。
这些原材料包括各种玻璃、晶体、涂层材料等，下面将分别介绍它们的特点和作用。
首先是光学玻璃，它是制造各种透镜、棱镜、窗口等元件的主要材料。
光学玻璃具有高透明度、高折射率、低色散等特点，能够有效地传输和聚焦光线，使得光学元件能够发挥出最佳的性能。
此外，光学玻璃还具有优异的机械性能和化学稳定性，能够承受各种恶劣环境的影响，长期保持稳定的光学性能。
其次是光学晶体，它是制造激光器、光放大器、光调制器等元件的关键材料。
光学晶体具有优异的激光性能和光学性能，能够实现高效的光学放大和调制，是光通信、光存储、光谱分析等领域的重要原材料。
此外，光学晶体还具有优异的热学性能和机械性能，能够承受高功率激光的照射和机械应力的影响，保持长期稳定的性能。
最后是涂层材料，它是制造各种光学薄膜、滤光片、反射镜等元件的重要材料。
涂层材料具有不同的光学性质和物理性质，能够实现反射、透射、吸收、偏振等各种光学效果，扩展了光学元件的应用范围。
同时，涂层材料还具有优异的附着力和耐久性，能够长期保持稳定的性能。
综上所述，光学原材料是制造各种光学元件的关键基础，其质量和性能对光学元件的质量和性能有着至关重要的影响。
随着科技的不断发展，对光学原材料的要求也越来越高，需要不断研究和开发新的材料和技术，以满足不断增长的市场需求。
激光用非线性光学晶体元件性能测量方法-最新国标
激光用非线性光学晶体元件性能测量方法1 范围本文件规定了非线性光学晶体元件低温相偏硼酸钡（β-BaB2O4，简称BBO）、三硼酸锂（LiB3O5，简称LBO）、磷酸二氢钾（KH2PO4，简称KDP）、磷酸钛氧钾（KTiOPO4，简称KTP）、铌酸锂（LiNbO3，简称LN）、硫镓银（AgGaS2，简称AGS）、碘酸钾（KIO3）的质量测试方法。
本文件适用于BBO、LBO、KDP、KTP、LN、AGS和KIO3晶体元件。
能满足本文件要求的其它非线性光学晶体元件也可参照使用。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 11297.1 激光棒波前畸变的测量方法GB/T 16601.4 激光器和激光相关设备激光损伤阈值测试方法第4部分：检查、探测和测量3 主要测试项目物理性能散射、光学不均匀性、特定波长吸收、紫外截止波长、I类相位匹配波长、有效非线性光学系数、倍频转换效率、弱吸收系数、双折射率、激光损伤阈值、减反膜剩余反射率、波前畸变。
加工质量尺寸公差、角度偏差、平行度、平面度、垂直度、有效通光孔径、膜层牢固度、膜层的抗高湿性能、膜层的抗温度冲击、粗糙度、崩边、崩口及崩裂、倒角、表面疵病。
4 测试的环境要求洁净等级：10000级温度：（23±2）℃湿度：（55±5）%5 测试方法散射5.1.1 测试原理利用单晶元件内部的包络、气泡等缺陷对激光束的散射作用，观测单晶元件内部质量。
当激光通过元件的光路被散射变粗或出现发散光，表明元件存在包络、气泡等缺陷。
5.1.2 测试条件样品：单晶元件的激光入射面、出射面及观测面抛光。
环境：在暗室内测量。
5.1.3 测试仪器He-Ne激光器（波长632.8nm，功率40mW～50mW，光斑直径大于等于2mm），三维调节平台，带标尺的50倍显微镜。
人工晶体的度数解读
人工晶体的度数解读人工晶体是一种非常重要的光学元件，广泛应用于光学仪器、激光器、光通信等领域。
在使用人工晶体的过程中，我们需要了解它的度数，这是一个非常重要的参数。
本文将从人工晶体的基本概念开始，详细解读人工晶体的度数，并介绍它在实际应用中的重要性。
一、人工晶体的基本概念人工晶体是一种由人工合成的晶体，具有光学性质。
它的结构和晶格参数可以通过化学合成的方法进行精确控制。
人工晶体的种类非常多，可以根据其结构和成分进行分类。
常见的人工晶体有锂离子晶体、铁电晶体、非线性光学晶体等。
人工晶体具有很多优点，比如可以制备成大面积、高质量的单晶体，具有非常优异的光学性质等。
因此，人工晶体在光学领域中得到了广泛的应用。
二、人工晶体的度数人工晶体的度数是一个非常重要的参数，它可以用来描述人工晶体对光的折射和偏振的影响。
度数通常用折射率和双折射率来表示。
1. 折射率折射率是描述光在物质中传播速度的一个物理量。
当光从一种介质进入另一种介质时，由于两种介质的光速不同，光线的传播方向也会发生改变。
这种现象被称为折射。
折射率就是描述光在介质中传播速度变化的物理量。
人工晶体的折射率通常是非线性的，也就是说，它的大小和入射光的强度有关系。
这种非线性折射现象被广泛应用于激光器、光通信等领域。
2. 双折射率双折射率是描述光线在晶体中传播时分裂成两条光线的现象。
当光线进入晶体时，它会被分裂成两条光线，分别沿着不同的方向传播。
这种现象被称为双折射。
双折射现象通常发生在具有非中心对称结构的晶体中。
人工晶体中的双折射率通常非常小，只有几个百万分之一。
但是在一些特殊的应用中，比如偏振器、光学调制器等，双折射率是非常重要的参数。
三、人工晶体的应用人工晶体在光学领域中有非常广泛的应用。
以下是一些常见的应用：1. 激光器人工晶体可以作为激光器的输出窗口、增益介质等部件。
它的高折射率和双折射率可以增强激光器的性能。
2. 光通信人工晶体可以用来制作偏振器、光学调制器等部件，这些部件在光通信中非常重要。
硒镓银光学晶体
硒镓银光学晶体
随着科技的不断发展，人们对于高性能的光学晶体材料的需求也日益增加。
今天最流行的光学材料之一就是硒镓银光学晶体。
硒镓银光学晶体具有优异的物理和光学特性，是一种新型的光学晶体材料。
硒镓银光学晶体在分析、测试、光学镜片制造等领域应用十分广泛，它具有优质的高度反射、高透镜效果以及优质的热稳定性等特点。
硒镓银光学晶体具有高光反射性能，可以有效提高系统的光学效率，而且它具有抗腐蚀和抗热性能，能够抵御温度较高的环境，从而提高系统的耐久性。
此外，硒镓银光学晶体在高温下表现出较低的熔融温度，高折射率以及低折射不变性，且散射面积小，具有优质的非线性光学性能。
另外，它的稳定性好，不受温度变化的影响，可以承受较大的光强度，是实现高效可靠的大功率光源系统的最佳选择。
硒镓银光学晶体是一种复合材料，其成分主要包括硒和镓等元素，该材料具有优良的硒覆盖率和光学性能等优点，是目前最为流行的光学元件材料之一。
硒镓银光学晶体的优势在于它不仅具有高反射率，而且还有较高的折射率和低折射不变性，同时还具有较低的热扩散系数，能够有效提高系统的稳定性。
因此，硒镓银光学晶体是一种新型的光学晶体材料，具有优异的光学特性，可以有效改善系统的性能，满足人们对高性能光学晶体材料的需求。
在未来，硒镓银光学晶体将成为光学技术应用中的一个重要组成部分，为人们提供更多的创新性的光学解决方案。
第4章 晶体光学及元器件概要
在此，介电常数ε=ε0εr是标量，电位移矢 量D与电场矢量E的方向相同，即D矢量的每 个分量只与E矢量的相应分量线性相关。对 于各向异性介质(例如晶体)，D和E间的关系 为:
D 0 r E
D 0 r E
5
介电常数
0 r 是二阶张量。其分量形式为：
1 2 3 0
在各向同性介质或立方晶体中，沿任意方向传 播的光波折射率都等于主折射率n0，或者说， 光波折射率与传播方向无关。
8
(2).单轴晶体
单轴晶体的主介电系数为：
2 2 2 1 2 no , 3 ne no
在这种晶体中存在着一个特殊方向，当波矢K与 该方向一致时，光的传播特性如同在各向同性 介质中一样，该方向叫做光轴，所以晶体称为 单轴晶体。
p T q
3
中，上式可表示为矩阵形式 ：
式中， 是关联p和q的二阶张量。在直角坐标系O-x1x2x3 T
T T T p 11 12 13 q1 1 p T T T q 2 21 22 23 2 q T T T 3 p3 31 32 33
Di 0 ij E j
i, j=1, 2, 3
即电位移矢量D的每个分量均与电场矢量E的各个分量线性 相关。在一般情况下，D与E 又由光的电磁理论，晶体的介电张量 是一个对称张 量，因此它有六个独立分量。 经主轴变换后的介电张量是 对角张量，只有三个非零的对角分量，为：
12
13
四、折射率椭球（光率体）
在传统的晶体光学中，人们引入了几何图形方法来使我们 直观地看出晶体中光波的各个矢量场间的方向关系，以及 与各传播方向相应的光速或折射率的空间取值分布。折射 率椭球便是其中一种描述晶体光学性质的三维曲面。 在主轴坐标系中，由光的电磁理论可知：
lbo非线性光学晶体
lbo非线性光学晶体
LBO（Lithium Triborate，锂酸铋）是一种常用的无铅非线性光学晶体材料，它具有良好的非线性光学性质，可以用来制作光学元件，并且受到广泛的应用。
1.LBO晶体的特点
a)具有高非线性效应：LBO晶体具有很高的非线性效应，可用于高性能的非线性光学元件，如激光脉冲束覆盖（PPR），多光束混合等。
b)极大地减少能量损耗：LBO晶体的非线性效应可以有效地减少能量损耗，这使得它具有更低的损耗。
c)热耦合小：LBO晶体的热耦合度特别小，更加稳定，而且受到外界条件影响小，更为稳定可靠。
d)抗击变性强：LBO晶体具有很高的抗击变性，使用它制造的光学元件可以长期稳定工作，可用寿命很长。
2.LBO非线性光学晶体的应用
a)激光处理和处理：LBO晶体可以用来制作激光处理和处理元件，用
于激光切割、焊接和一些精密加工工艺。
b)高速摄影扫描应用：LBO晶体具有高速摄影扫描的特点，可以被用于工业摄影扫描机，让高速摄影扫描获得更高的分辨率和更高的精度。
c)相干处理应用：因为LBO晶体具有优良的压制能力，它可以用来制作高精度的全相干成像装置，实现高分辨率的成像，也可用来在医学领域高效地检测小细胞和微细胞结构。
d)三次响应应用：LBO晶体可以用来制作拥有三次响应特性的光学元件，例如中空光管、高通门和高效率双稳抗扰。
e)高能化学应用：LBO晶体可以用于高能化学试剂反应，如超声波、热膨胀和多面张力等，可以用来控制物质的成分和形态。
以上就是关于LBO非线性光学晶体的特点及其应用的介绍，它的优点在于有着优异的非线性光学性质，能提高成像质量，是高精度光学成像过程中不可或缺的一环。
光电晶体管器件介绍
光电晶体管器件介绍
光电晶体管（Phototransistor）是一种能够将光信号转换为电信号的电子器件。
它是一种特殊的晶体管，能够根据光的强弱来控制电流的流动。
光电晶体管常用于光电传感器、光电开关、光电转换等领域。
光电晶体管的基本结构与普通的晶体管相似，由发射极、基极和集电极三个部分组成。
与晶体管不同的是，光电晶体管的发射极和集电极之间增加了一个光敏层，用于接收光信号。
当光照射到光敏层上时，光子会激发光敏层中的载流子，从而改变其电导率，进而影响器件的电流流动。
光电晶体管的工作原理是基于内部光电效应。
当光照射到光敏层上时，光子会激发光敏层内的电子和空穴，使其产生电荷载流子。
这些载流子会影响光敏层的电阻，从而影响器件的电流流动。
因此，光电晶体管能够根据光的强弱来控制电流的大小，实现光信号到电信号的转换。
光电晶体管具有灵敏度高、响应速度快、结构简单等优点。
它适用于各种环境下的光电传感器，如光电开关、光电编码器、光电隔离器等。
此外，光电晶体管还可用于光电转换器件，将光信号转换为电信号，从而实现光通信、光测量等应用。
在实际应用中，光电晶体管通常需要配合光源、滤光片等光学元件一起使用，以便获取所需的光信号。
此外，还需要根据具体的应用需求选择合适的光电晶体管型号和参数，以确保其性能和稳定性。
总之，光电晶体管作为一种重要的光电器件，在光电传感、光通信、光测量等领域具有广泛的应用前景。
随着光电技术的不断发展，光电晶体管将会得到更多的应用和推广。
光学晶体材料分类
光学晶体材料分类光学晶体是指能够具有光学性质并且具有晶体结构的材料。
根据其晶体结构和光学特性的不同，光学晶体材料可以分为多个类别。
本文将对光学晶体材料进行分类介绍，以帮助读者更好地了解和理解这一领域。
一、单晶体单晶体是指具有完美的晶体结构，没有晶界或晶界很少的晶体。
单晶体具有高度的各向同性，可以用来制备高质量的光学元件。
常见的单晶体材料包括石英、硫化锌、硫化镉等。
这些材料具有良好的光学性能，广泛应用于激光器、光纤通信等领域。
二、多晶体多晶体是由多个晶粒组成的晶体材料。
由于晶粒之间存在晶界，多晶体的各向异性较强。
多晶体材料一般具有较低的光学性能，但其制备成本相对较低，可以满足一些普通光学应用的需求。
常见的多晶体材料有石英玻璃、硅等。
三、非线性光学晶体非线性光学晶体是指在外界光场作用下，其光学性质随光场强度的变化而变化。
这些晶体通常具有非线性折射率、非线性吸收等特性，可用于频率倍增、光学调制、光学开关等领域。
常见的非线性光学晶体有二硫化碳、铌酸锂、硼硅酸锂等。
四、光学非晶体光学非晶体是指没有典型晶体结构的材料，其原子排列呈现无规则的非晶态。
光学非晶体具有宽的透明窗口和较低的散射损耗，常用于光纤放大器、光学传感器等领域。
常见的光学非晶体材料有磷硅酸盐玻璃、硅基非晶体等。
五、铁电晶体铁电晶体是指在外界电场作用下，其晶格结构发生可逆的电极化现象。
铁电晶体具有良好的电光效应和压电效应，广泛应用于光学调制器、光学存储等领域。
常见的铁电晶体材料有二氧化锆、钛酸锶等。
六、磁光晶体磁光晶体是指在外界磁场作用下，其光学性质发生改变的晶体材料。
磁光晶体具有磁光效应，可用于制备磁光存储器、磁光开关等器件。
常见的磁光晶体材料有铁氧体、铁镁铌酸锂等。
七、光子晶体光子晶体是一种具有周期性介质结构的材料，其禁带结构可以用来控制光的传播和发射特性。
光子晶体具有光子带隙、全反射等特性，可用于制备光纤光栅、光子晶体光纤等器件。
常见的光子晶体材料有硅、硅氧化物等。
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B A C
D
1) 格兰—汤普森棱镜 当一束自然光垂直射入棱镜时，o 光和 e 光均无偏 折地射向胶合面，在 BC 面上，入射角 i 等于棱镜 底角。
B
D i C
A
1) 格兰—汤普森棱镜 选择胶合剂的折射率n 介于 no 和 ne 之间。方解石是负 单轴晶体，ne＜no，所以 o 光在胶合面上相当于从光 密介质射向光疏介质。
光振动垂直板面
光振动平行板面
5.4.1 偏振器 (Polarizer)
根据偏振器的工作原理不同，可以分为双折射型、反 射型、吸收型和散射型偏振器。在光电子技术中，广
泛地采用双折射型偏振器。
输入自然光
输出偏振光
5.4.1 偏振器 (Polarizer)
由晶体双折射特性的讨论己知，一块晶体本身就是
一个偏振器，从晶体中射出的两束光都是线偏振光。
B
D i
C
A
(4) 抗损伤能力 一般来说，抗损伤能力对于连续激光约为 l0 w/cm2， 对于脉冲激光约为 104w/cm2。
B
D
i
A C
(4) 抗损伤能力 为了提高偏振棱镜的抗损伤能力，可以把格兰—汤普 森棱镜的胶合层改为空气层，制成如图所示的格兰— 傅科棱镜。这种棱镜的底角 应满足
1 1 arcsin arcsin (114) ne no
称入射光束锥角的限制范围2δm为偏振棱镜的有效孔
径角。有效孔径角的大小与棱镜材料、结构、使用波
段和胶合剂的折射率诸因素有关。
B 2 1
D
A
C
(2) 孔径角
例如, 由方解石晶体制成的格兰—汤普森棱镜, 对于 =0.5893m 的黄光来说, no=1.6584,ne=1.4864，加拿 大树胶的折射率n=1.55。可以计算得到，在方解石一 树胶界面上的 o 光临界角约为690。
方解石晶体 光轴
He－Ne激光束
450
5.4.1 偏振器 (Polarizer)
由于由晶体射出的两束光通常靠得很近，不便于分 离应用。
2 ne2 no M arctan 2no ne
(61)
5.4.1 偏振器 (Polarizer)
实际的双折射偏振器，或者是利用两束偏振光折射 的差别，使其中一束在偏振器内发生全反射，而让 另一束光顺利通过。
2) 渥拉斯顿棱镜
第一块棱镜中的o 光变为e光，由于方解石为负单轴
晶体(ne＜no),因此 o 光将远离界面法线偏折。
n1 sin 1 n2 sin 2
2) 渥拉斯顿棱镜 第一块晶体中的 e 光，现在变为 o 光，靠近法线偏 折。这两束光在射出棱镜时，将再偏折一次。这样, 它们对称地分开一个角度。
(1) 通光面积: 偏振棱镜所用的材料通常都是稀缺贵重晶体，其通光
面积都不大，直径约为5～20mm。
(2) 孔径角 对于利用全反射原理制成的偏振棱镜，存在着入射
光束锥角限制。
2
B
D
1
A
C
(2) 孔径角 当光斜入射时, 若入射角过大,则对于光束 l 中的o 光，在 BC 面上的入射角可能小于临界角，不能发 生全反射。
制成下图所示的改进型。
D i C
A
D
A
B
i
E
C
2) 渥拉斯顿棱镜
渥拉斯顿棱镜是加大了两种线偏振光的离散角。由 光轴互相垂直的两块直角棱镜沿斜面用胶合剂胶合
而成的。
2) 渥拉斯顿棱镜
o 光和 e 光以不同的相速度同向传播。它们进入第 二块棱镜时，因光轴方向旋转900，使得第一块棱镜 中的o 光变为e光，e光变为o光。
AC tan 71.50 3.0 AB AC tan810 6.3 AB
sin 1.4864sin[900 (1800 71.50 (900 690 )] 3.5
(3) 消光比
消光比是指通过偏振器后两正交偏振光的强度比，一 般偏振棱镜的消光比为10-5~10-4。
o e e o
2) 渥拉斯顿棱镜 对于负单轴晶体近似为
2arcsin[(no ne ) tan ] (113)
对于方解石棱镜, 当＝450时, 20.400。
格兰—汤普森棱镜和渥拉斯顿棱镜等偏振棱镜的主 要特性参量是：
通光面积 孔径角 消光比 抗损伤能力
100％
B
D
i 1
50％
Rs C
0％
n1>n2
A
Rp 00
B C
900
(2) 孔径角
对于光束2 中的 e 光，在 BC 面上的入射角可能大 于临界角，使 e 光在胶合面上发生全反射，这将降 低出射光的偏振度。
B D i C
2
A
这种情况出现在胶合剂的折射率n 均小no 和ne 的情况.
(2) 孔径角
5.4 晶体光学元件 (Crystal optics elements) 下面讨论光学和光电子技术中的重要光学元件—偏 振器、波片和补偿器。
5.4.1 偏振器 (Polarizer)
除了某些激光器本身即可产生线偏振光外，大部分都
是通过对入射光进行分解和选择获得线偏振光的。通
常将能够产生线偏振光的元件叫做偏振器。
100％
ne n <no
50％
Rs
0％
n1>n2
Rp 00
B C
900
1) 格兰—汤普森棱镜 当i＞arcsin(n/no) 时，o 光产生全反射，而 e 光照常 通过，因此，输出光中只有一种偏振分量。
B
D i C
A
1) 格兰—汤普森棱镜 在要求偏振度很高的场合，都是把格兰一汤普森棱镜
或者利用某些各向异性介质的二向色性，吸收掉一 束线偏振光，而使另一束线偏振光顺利通过。
1. 偏振棱镜
偏振棱镜是利用晶体的双折射特性制成的偏振器，它
通常是由两块晶体按一定的取向组合而成的。下面介
绍几种常用的偏振棱镜。 1) 格兰—汤普森棱镜 2) 渥拉斯顿棱镜
1) 格兰—汤普森棱镜 格兰—场普森棱镜是由两块方解石直角棱镜沿斜面 相对胶合制成,两块晶体的光轴与通光的直角面平行。
n2 1.55 c arcsin arcsin 690 n1 1.6584
(2) 孔径角
因此，棱镜的底角 应大于 690。
B
D i
A C
(2) 孔径角 若选＝71.50，则由 tan =AC/AB 可定出棱镜的长度 比为3:1，有效孔径角约为70；若选 ＝810，则棱镜 的长宽比为6.31:1，有效孔径角接近400。