关于晶体光学性质介绍

[拼音]：jingti guangxue xingzhi

[外文]：optical properties of crystals

光波入射到晶体中时，与晶体介质相互作用产生的一系列性质。凡光波频率无变化的那些性质称为线性光学性质；频率有变化的称为非线性光学性质。

有代表性的主要是折射率。折射率定义为真空中光速与介质中光速的比值。晶体介质的折射率与光波的偏振方向有关，是各向异性的。科学家早就发现，一束入射光波在方解石（碳酸钙晶体）中分解成两束偏振方向互相垂直、折射率不同的光波。这种现象称为双折射。在各种晶体中普遍存在双折射现象。

要形象地描述晶体中折射率的各向异性，可用多种几何示性面。光率体是其中最常用的一种。晶体的光率体方程为式中x1、x2、x3是晶体的折射率主轴，而 n1、n2、n3分别为偏振方向在x1、x2、x3轴上的光波主折射率。对于双轴晶，n1≠n2≠n3，其光率体是一个椭球面。对于单轴晶，n1＝n2≠n3，其光率体是旋转椭球面。而对立方晶系晶体，n1=n2=n3，其光率体是球面，它的线性光学性质与光学均质体相同。

当强光(例如高功率密度激光束)入射到晶体中时，晶体就呈现光学非线性。1961年D.A.弗兰肯等人首次观察到一种非线性光学现象，即二次谐波的产生， 或称为倍频效应。他们发现波长为6943埃的红色激光聚焦到石英晶片时， 产生波长为3472埃的紫外线。稍后，又陆续观察到两束不同频率光波在非线性晶体中产生和频与差频光波等非线性效应。这类效应可用晶体中光频极化矢量与光频电场之间的非线性关系来描述。如果只考虑二次非线性项，则存在以下关系：

式中 Ej(ω1)和 Ek(ω2) 分别是频率为 ω1和ω2 的入射光波电场；P囑(ω3)为由它们产生的频率为ω3的非线性光频极化矢量；Xijk 为二次非线性光学系数，它是三阶张量。一般，ω3＝ω1±ω2。当ω1＝ω2时，就产生ω3＝2ω1的倍频效应。一般情况，ω1≠ω2，就是和频与差频效应。此外， 还包括一系列散射非线性效应和诸如多光子吸收，光束自聚焦等非线性现象。

光散射非线性性质是目前一个很活跃的学术研究领域。它是入射光子与晶体中诸如晶格热运动、某些价键的振动以及晶体中d性波相互作用而产生的非线性光学现象。其典型例子有喇曼散射（见喇曼光谱学）、布里渊散射、瑞利散射和极化声子的喇曼散射等。这些效应除了可望产生新频率的相干光源外，主要是用于研究与晶体结构有关的元激发过程。

晶体在力学场和电学场作用下光学性质发生改变的效应也归入晶体光学性质，主要有d光效应和电光效应。晶体的d光效应是指由外加应力或应变引起晶体折射率改变的性质。应用这种效应，已制成晶体声光器件。晶体的电光效应是指外加电场引起晶体折射率改变的性质。利用这种效应已制成晶体电光调制器和晶体电光开关。这些效应目前已有广泛的应用。