晶體光學性質
正文
光波入射到晶體中時，與晶體介質相互作用產生的一系列性質。凡光波頻率無變化的那些性質稱為線性光學性質；頻率有變化的稱為非線性光學性質。線性光學性質 有代表性的主要是折射率。折射率定義為真空中光速與介質中光速的比值。晶體介質的折射率與光波的偏振方向有關，是各向異性的。科學家早就發現，一束入射光波在方解石（碳酸鈣晶體）中分解成兩束偏振方向互相垂直、折射率不同的光波。這種現象稱為雙折射。在各種晶體中普遍存在雙折射現象。
要形象地描述晶體中折射率的各向異性，可用多種幾何示性面。光率體是其中最常用的一種。晶體的光率體方程為
式中x1、x2、x3是晶體的折射率主軸，而 n1、n2、n3分別為偏振方向在x1、x2、x3軸上的光波主折射率。對於雙軸晶,n1≠n2≠n3,其光率體是一個橢球面。對於單軸晶,n1＝n2≠n3,其光率體是鏇轉橢球面。而對立方晶系晶體,n1=n2=n3，其光率體是球面，它的線性光學性質與光學均質體相同。 非線性光學性質 當強光(例如高功率密度雷射束)入射到晶體中時，晶體就呈現光學非線性。1961年D.A.弗蘭肯等人首次觀察到一種非線性光學現象，即二次諧波的產生, 或稱為倍頻效應。他們發現波長為6943埃的紅色雷射聚焦到石英晶片時, 產生波長為3472埃的紫外線。稍後，又陸續觀察到兩束不同頻率光波在非線性晶體中產生和頻與差頻光波等非線性效應。這類效應可用晶體中光頻極化矢量與光頻電場之間的非線性關係來描述。如果只考慮二次非線性項，則存在以下關係：
光散射非線性性質是目前一個很活躍的學術研究領域。它是入射光子與晶體中諸如晶格熱運動、某些價鍵的振動以及晶體中彈性波相互作用而產生的非線性光學現象。其典型例子有喇曼散射（見喇曼光譜學）、布里淵散射、瑞利散射和極化聲子的喇曼散射等。這些效應除了可望產生新頻率的相干光源外，主要是用於研究與晶體結構有關的元激發過程。
其他光學性質 晶體在力學場和電學場作用下光學性質發生改變的效應也歸入晶體光學性質，主要有彈光效應和電光效應。晶體的彈光效應是指由外加應力或應變引起晶體折射率改變的性質。套用這種效應，已製成晶體聲光器件。晶體的電光效應是指外加電場引起晶體折射率改變的性質。利用這種效應已製成晶體電光調製器和晶體電光開關。這些效應目前已有廣泛的套用。
