光学功能材料可分为以下几类：

a．非线性光学晶体：包括磷酸二氢钾（KDP）、砷酸二氢铷（RDA）等压电型晶体；铌酸锂（LiNbO₃）、铌酸钾（KNbO₃）、Ba₂Na(NbO₃)₅、（BNN）等铁电型晶体；GaAs、InAs、ZnS等半导体晶体；碘酸钾KIO₃等碘酸盐光学晶体，β－偏硼酸盐晶体。

b．红外光学材料：尖晶石（MgAl₂O₄）、篮宝石（Al₂O₃）、氧化钇（Y₂O₃）等

c．激光材料：红宝石、含稀土的铷玻璃、钨酸钙、钆铝石榴石等。

d．光电功能材料：主要有半导体.磁性晶体等，用于光学信息的转换。

e．声光功能材料：α－HIO₃、PbMoO₄等用了制造调制器、滤波器等。

f．磁光材料：主要有亚铁石榴石M₃Fe₅O₁₂（M＝Gd、Dy、Ho、Tm等）、尖晶石铁氧体等。

我们主要介绍第一类非线性光学晶体。

1、用于频率转换的非线性光学晶体

该晶体用于扩展激光频率覆盖的范围，利用激光与晶体相互作用产生谐波、和频、差频等非线性光学效应，人们用极化强度 P来衡量这些效应。 P是光场电振幅 E的函数。 P对 E展开

           P＝ε₀[χ⁽¹⁾E+χ⁽²⁾E2+χ⁽³⁾E3+…]

     其中ε₀为真空介电常数，χ⁽¹⁾、χ⁽²⁾、χ⁽³⁾分别为一阶、二阶、三阶非线性极化率。

   晶体发生倍频效应主要与P＝ε0χ⁽²⁾E²有关。只有无对称心的晶体才有此效应。χ⁽²⁾愈大，非线性效应愈大。

2、主要高功率激光频率转换晶体

a、   KH₂PO₄（ KDP）： KDP具有较高抗激光损伤值，在水溶液中培养，价格较低，但晶体易受潮，破裂，可作激光核聚变频率转换元件，为第一代频转晶体。

b、  磷酸氧钛钾（ KTiOPO₄， KTP）： KTP是 70年代发展起来的晶体材料，非线性光学系数是 KDP的 15倍，可作高、中、低功率器件。

c、  β－偏硼酸钡（ β－ BaB₂O₄， BBO）： BBO是中科院物构所 80年代开发的光学晶体，非线性系数比 KDP高 4倍，有很宽的倍频可匹配光谱区。

BaB₂O₄有两种构型：高温 α相和低温 β相， α－ BaB₂O₄是有心结构，无倍频效应， β－ BaB₂O₄结构无对称心，晶胞属于六方晶系，每个晶胞内有 6个 [Ba₃(B₃O₆)₂]分子，共有 12个 [B₃O₆]^3－平面环，有序堆积在一起，如图 9－ 19所示，平面环法线方向与晶格 z轴平行，所以 BBO是一种极性晶体。  

d、  LBO（ LiB₃O₅）： LBO晶体是 90年代开发出来的光学材料。 LBO晶体结构中（ B₃O₇）^5－基团联结成键，并延 c轴成 45°方向螺旋延伸。虽然 LBO的倍频系数略小于 BBO，但在 1.046μm的二倍、三倍频方面， LBO晶体优于 BBO晶体。

3、低功率激光频转晶体

近年来，高效高质量、长寿的蓝绿色激光源得到广泛的应用，为了在低基频功率条件下得到高效转换，需要这方面的非线性光学晶体。 LiNbO₃、 KNbO₃、 Ba₂Na(NO₃)₅（即 BNN）即这类晶体。

这三种晶体的基本结构都含（ NbO₆）八面体。不同的是，（ NbO₆）八面体在三种晶体中的畸变方式不同。 LiNbO₃晶体中，（ NbO₆）沿 3次轴方向畸变；在 BNN晶体（ NbO₆）沿 4次轴方向畸变，而 KnbO₃晶体中，（ NbO₆）沿 2次轴方向畸变。目前研究认为，这些晶体的倍频系数主要决定于（ NbO₆）的局域化学键与畸变方式，与阳离子关系不大。

图9-18 （a）LiNbO3的六脚晶胞（氧原子未画出） （b）晶胞在平面的投影