双折射晶体的种类及应用

双折射晶体分类、性能与工程应用。双折射晶体：自然光入射分解o 光（寻常光）、e 光（非常光），折射率，是偏振器件核心基材；按晶系分单轴晶体、双轴晶体两大体系，光电行业、激光、偏振光学全部以此为原料。

一、单轴双折射晶体（光轴唯一，量产最广：正单轴、负单轴）

（一）方解石 CaCO₃｜负单轴、超大双折射

透光：350 nm～2.3 μm

• 优点：双折射系数全商用晶体最大，分束角大；缺点：易解理、怕磕碰、潮解、紫外截止差
• 应用
  • 格兰棱镜（格兰泰勒 / 格兰福克偏振起偏器，主流偏振分光元件）；
  • 渥拉斯顿棱镜、洛匈棱镜（偏振分束，o/e 正交分光）；
  • 偏振干涉仪、偏光显微镜检偏镜。

（二）α- 石英 SiO₂｜正单轴、小双折射 + 天然旋光

透光：190 nm～2.7 μm（深紫外～近红外）

• 优点：机械强度高、热稳定性好、不潮解、可 Z 向旋光；双折射小
• 应用
  • 巴比内 / 索累补偿器、石英消偏器；
  • 石英旋光片（45°/90° 偏振旋转器）；
  • 零级 / 多级石英波片（1/4、1/2 波片，激光光路标配）；
  • 光学窗口、深紫外小元件。

（三）YVO₄钒酸钇｜负单轴、中高双折射

透光：400 nm～5 μm

• 优点：双折射＞方解石、机械远优于方解石、不易解理、红外透过好
• 应用
  • 偏振分束棱镜 PBS、沃拉斯顿；
  • 光纤器件用偏振晶体、高精度波片；
  • 光纤隔离器、微型激光偏振元件（替代易碎方解石）。

（四）金红石 TiO₂｜负单轴、超大双折射

透光：430nm～5μm，双折射大于方解石，多用于红外偏振元件。

（五）CaF₂氟化钙｜近零双折射（超低双折射）

190 nm～7 μm 深紫外专用，193nm 光刻 DUV 波片、补偿器基材，深紫外唯一可用低双折射晶体。

二、双轴双折射晶体

1. 云母（白云母）

薄层天然双折射，廉价，简易 1/4 波片、分光薄片、相位片，教学简易偏振器件。

2. KTP 磷酸钛氧钾、LBO、BBO（非线性兼双折射）

本身非线性晶体，同时具备双折射：

• KTP：红外偏振器件、电光晶体；
• LBO/BBO：激光倍频 + 相位匹配依托自身双折射实现，超快偏振相位元件。

3. 蓝宝石 Al₂O₃（常温近单轴，温变微双轴）

低双折射，高导热，激光窗口、高功率基片。

三、按器件用途分类应用

1. 起偏 / 检偏器件（方解石、YVO₄主力）

• 格兰棱镜、渥拉斯顿、洛匈偏振分光镜 PBS；
• 椭偏仪、光谱仪起偏检偏模组、偏振光学测试系统。

2. 相位延迟器件（石英、YVO₄）

• 各类波片：零级 / 多级 1/2、1/4 波片，激光调制、偏振调控；
• 巴比内 - 索累可调补偿器：任意相位连续补偿、椭偏测量、波片标定；
• 石英消偏器（Lyot、H-V 双楔消偏）：光谱仪消除光栅偏振误差。

3. 偏振旋转器件（Z 切石英）

无源石英旋光片，固定角度旋转偏振面，激光器腔内退偏补偿、光路偏振校准。

4. 光弹与应力检测

利用晶体双折射变化检测玻璃 / 光学毛坯应力，光学来料质检。

5. 光纤通信器件（YVO₄为主）

光纤偏振控制器、偏振分束器、光隔离器内部偏振晶体。

6. 深紫外 DUV 领域（CaF₂、深紫外石英）

193/266nm 光刻光路波片、相位补偿片、深紫外偏振棱镜。

四、选型规则

• 大分束角、可见光低成本起偏 → 方解石
• 机械耐用、替代方解石做 PBS / 波片 → YVO₄
• 高精度波片、补偿器、旋光片 → α- 石英
• 193nm 深紫外偏振元件 → CaF₂