5.4 晶体光学元件

此外，由固体物理学知道，不同晶体的结构具有不同的空 间对称性，自然界中存在的晶体按其空间对称性的不同，分为 七大晶系：立方晶系；四方晶系；六方晶系；三方晶系； 正 交晶系；单斜晶系；三斜晶系。由于它们的对称性不同， 所 以在主轴坐标系中介电张量的独立分量数目不同。三斜、单斜
和正交晶系中，主介电系数ε1≠ε2≠ε3,这几类晶体在光学
第 4 章 光在各向异性介质中的传输特性
1)各向同性介质或立方晶体
各向同性介质或立方晶体的主介电系数ε1=ε2=ε3=n02。
D D1 D2 D3
01E1 0 2 E1 0 3 E1 0n02 E
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 ，即光波折射率与传播方向无关。
第介4电章常光数在各 向异0性r介质是中二的阶传张输量特。性(4-14)式的分量形式为
Di 0 ij E j
j
i, j=1, 2, 3
(4-15)
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
第 4 章 光在各向异性介质中的传输特性
又由光的电磁理论，晶体的介电张量
应于每一个光线方向s，只允许有两个特定振动方向的线偏振光 (两个本征模式)传播，这两个光的E矢量相互垂直(因而振动面
相互垂直)，并且，在一般情况下，有不同的光线速度，不同的 波法线方向和不同的折射率。
第 4 章 光在各向异性介质中的传输特性 3. 光在几类特殊晶体中的传播规律
上面从麦克斯韦方程组出发，直接推出了光波在晶体中传 播的各向异性特性，并未涉及具体晶体的光学性质。下面， 结 合几类特殊晶体的具体光学特性，从晶体光学的基本方程出发， 讨论光波在其中传播的具体规律。
1 v12

6 光的双折射与光调制
6.2 晶体光学器件
6.2.2 相位延迟器件——波片
(1) 单轴晶体中o光与e光的相位差
单轴晶片：单轴晶体平行于光轴切割并加工而成的一块表面平行的薄晶片
平面偏振光在单轴晶片表面的分解： 设晶片的光轴c沿表面竖直方向，则进入晶体的o（e ）光分量的振动
方向垂直于（平行于）光轴——沿水平方向（竖直方向）。两个偏振分量 同向传播，在空间上不分开，但相位延迟不同。
6.2 晶体光学器件
6.2.2 相位延迟器件——波片
(5) 全波片（1l片）
定义：厚度正比于波长整数倍的平行平面单轴晶片，即
，j=0, 1, 2, 3, ··· (6.2-13)
透过1l片的o光和o光的相位差：
最小厚度：
，j=0, 1, 2, 3, ···
(6.2-14) (6.2-15)
最小相位差： （正号对应负单轴晶体，负号对应正单轴晶体）
于入射面，两棱镜斜边之间以空气间隔代替加拿大树胶，棱镜角大于o
光（但小于e光）临界角（a=38.5o，ico=37.5o，ice=42.6o），既可使紫外
光透过（透光波段230nm～5000nm），又可使o光和e光的临界角减小， 从而使棱镜的长宽比减小。
38.5o c
c 38.5o
c
吸光涂层 (a)
c e
c
o
图6.1-6 格兰-汤普森棱镜（负晶体）
6 光的双折射与光调制
6.2 晶体光学器件
(4) 二向色性偏振片
6.2.1 起偏与检偏器件
晶体的二向色性：某些单轴晶体（电气石、硫酸碘奎宁等）对o光和e光强 烈的选择吸收特性
二向色性偏振片：根据晶体二向色性原理制成的偏振片。能够将入射光中 的o光分量全部吸收，而e光分量全部透过，从而使透射 光变为偏振面平行于晶体光轴的平面偏振光。

在各向同性介质或立方晶体中，主介电系数
ε 1 = ε 2=ε
程为：
3
，主折射率n1=n2=n3=n0，折射率椭球方
2 1 2 3 2 0
x x x n
2 1
这就是说，各向同性介质或立方晶体的折射率椭球是 一个半径为n0的球。不论k在什么方向，垂直于k的中 心截面与球的交线均是半径为n0的圆，不存在特定的 长、短轴，因而光学性质是各向同性的。
第 4章
光在各向异性介质中的 传输特性
主要内容 一、晶体的介电张量 二、几类特殊晶体及其特点 三、单轴晶体中的o光与e光 四、折射率椭球（光率体） 五、光在晶体界面上的双反射和双折射 六、晶体光学元器件
1
2
一、晶体的介电张量
1.
把一个矢量与一个或者多个矢量以等式的形式关联 起来，等式的关联系数（即关联因子；下同）就 是张量。 例如，矢量p与矢量q有关，则其一般关系应为：

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：
1 0 0 0 2 0 0 0 3
6
ε
1
,ε 2,ε 3 称为主介电系数。由麦克斯韦关系
式：
n r

还可以相应地定义三个主折射率n1,
n 2, n 3。
7
二、几类特殊晶体及其特点
(1).
各向同性介质或立方晶体的主介电系数
ε =ε =ε =n 2
12

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。