人工晶体可按不同方法进行分类：按化学分类可分为无机晶体和有机晶体；按生长方法分类可分为水溶性晶体和高温晶体等；按其物理性质可分为半导体晶体、压电晶体、铁电晶体、激光晶体、非线性光学晶体、电光晶体、磁光晶体、闪烁晶体等。由于人工晶体主要作为一类重要的功能材料应用，因此通常采用按其物性分类的方法。又由于一些晶体具有多种功能和应用，同一种晶体可以有不同的归类（如LiNbO3），表6·1列出了常见的类别和一些重要的人工晶体，其中绝大多数是无机晶体。

表6.1　几类重要的人工晶体

人工晶体发展初期，是上世纪中叶到本世纪初。地质学家探索矿物在自然界中成因时认为有许多矿物是在水相中高温高压的条件下形成的，为此他们设法在实验室条件下合成这些晶体以证实他们的理论，从而建立了水热法合成水晶的基础。本世纪初，Verneuil采用焰熔法生长红宝石（含Cr刚玉），为以人工晶体代替天然晶体开创了先例。自此后到本世纪40年代，对不少晶体的人工合成进行了研究，并研制出若干有实用价值的大单晶，如从熔体中生长各种碱卤化物光学晶体；目前应用最为广泛的提拉法也是这一时期由Czochralski发明的。二次大战期间，对作为战略物资的人工晶体进行了大量的研究，例如压电水晶的水热合成，各种压电晶体的生长，绝缘材料云母的合成等。50年代，固体物理学研究的进展、高温高压技术的进步有力地推动了人工合成晶体生长技术和理论研究的全面发展。高温和超高压下人造金刚石的成功及大量半导体单晶的合成是这时期的重要成就，特别是提拉法和区域熔炼技术用于制备和提纯锗和硅单晶获得成功，为半导体的研究和应用以及微电子技术的发展开辟了广阔的前景。1960年在红宝石晶体上首次实现了光的受激发射，开始了激光和光电子技术的新纪元。此后30年，激光晶体、非线性光学晶体和化合物半导体晶体有了很大的发展、出现了相应的体块单晶的自控生长技术和先进的外延薄膜生长技术。预计人工晶体光电子工业中仍将发挥先导和基础作用。目前在各技术领域中应用的晶体，几乎全部是人工晶体。

（1）激光晶体　作为固体激光光源的激光晶体，80年代，在可调谐激光晶体、高平均功率激光晶体和复合功能激光晶体方面取得了很大进展。

可调谐激光晶体的早期研究工作主要是对金红石型和钙钛矿型氟化物掺二价过渡金属离子，难以获得室温振荡。80年代发现掺三价钛或铬的金绿宝石、白宝石（无色刚玉）和镓石榴石的受激发射在室温下可加以调谐。其中Ti3+：Al2O3可调谐范围最宽（680～1050nm），能覆盖9种染料激光器的光谱范围，通过倍频还可扩展至可见及紫外波段，不存在染料退化问题，且光伤阈值高。

高平均功率固体激光器在材料加工，军用、医学和科研上有迫切的需求，但长期停留在较低水平上（分别比CO2激光器低一个和两个数量级）。80年代初高功率半导体激光器和板条激光器的出现为固体激光器提供了高效率的泵浦源和结构设计，同时激光晶体材料的发展也提高了晶体的激光效率。随着大尺寸单晶生长技术的进步，Nd：YAG激光器的功率在不断提高，现输出功率已超过2kW。

除Nd：YAG以外，现已发现两种新的适用于大功率激光的器的激光晶体。一种为钇镓石榴石（GGG）及其替代型晶体，主要为Nd：GGG及以Cr3+敏化的Cr：Nd：Gd3Sc2Ga3O12（GSGG），前者与Nd：YAG相比可掺入更高浓度的Nd，而且较易生长出大晶体。已报道后者成功生长出直径80mm无芯核大单晶，并获得了三倍于YAG的振荡效率。另一种为铝酸镁镧单晶LaMgAl11O19（LMA），70年代首创于法国。Nd在其中的分凝系数为1，La3+可大部分被Nd3+所置换，因而Nd3+含量比Nd：YAG约高6倍，并已实现了高效率输出，正向千瓦级器件发展。

复合功能激光晶体由于其本身亦具有非线性光学性质，因而在受激发射的同时也可实现自倍频、自锁模等多种功能，可用以制成紧凑的、高效率、低成本的微小型激光器。Nd：Mg：LiNbO3和NdxY1-xAl3（BO3）4（NYAB）即为成功的例子。(www.daowen.com)

（2）光频转换晶体　利用非线性光学晶体产生谐波、混频及参量振荡的方法进行光频转换，是扩展激光波段的一条重要途径。中国在长期的系统的非线性光学晶体探索与研究基础上，80年代相继研制成功被誉为中国牌的偏硼酸钡（BBO）和三硼酸锂（LBO），它们具有大的非线性系数，能在宽广波段实现位相匹配，光损伤阈值高，稳定性好，在国际上被公认为优良的新型紫外倍频晶体，其中BBO已实现Nd：YAG1.06μm激光的有效五倍频，BBO和LBO均已实现了参量振荡输出。两种晶体均以助熔剂籽晶法生长。

磷酸钛氧钾（KTP）是一种性能优良的光频转换晶体，可用水热法或助溶剂法生长。

现有的光频转换晶体大多适用于可见光至近红外范围，适用于200nm以下及红外（尤其5μm以上）波段的新型光频转换晶体材料尚待研究。

（3）光折变晶体　这是一种在光照射下能够吸收光子而发生电荷转移，形成空间电荷场，再通过本身电光效应使折射率改变的非线性光学晶体。它们之所以受到重视，是因为只需使用低功率激光即可在室温下进行多种光信息处理，其中包括近期可望实现的图像复原和这时光图像识别，光信息处理中的实时指令、控制及通讯，光计算机组件及实时合成阵列雷达处理器等。主要晶体材料有BaTiO3、KNbO3、LiNbO3、Sr1-xBaxNb2O6（SBN）系列，Bi12SiO20（BSO）等。

（4）调制晶体和光波导晶体　利用晶体的电光、声光、磁光效应进行激光的调制、偏转、开关的调制晶体在70年代处于大发展时期。其时，在相图研究的基础上，LiNbO3（LN）、LiTaO3（LT）电光晶体的生长取得了突破性的进展；PbMoO4和TeO2声光晶体相继问世，80年代中国抗光伤的高掺MgO：LN的研制成功，重新激发了世界范围对这一多功能材料研究的兴趣，并开拓了新的应用。以钆铁石榴石（YIG）为代表的磁光晶体已成功地作为隔离器在激光技术中应用。

光波导晶体是在80年代光纤技术和集成光学技术发展的带动下兴起的一类新材料。理论上许多电光材料，不论单晶和多晶，有机或无机都有可能制成光波导电光器件，但综合各项指标和材料发展水平，在现有的电光晶体、半导体和陶瓷材料中首选的光波导材料为LN。迄今对该领域的研究，开发投资的90%用于发展LN晶体和器件，并已形成一种独特的专用的技术——LN技术。

（5）压电晶体　压电晶体作为谐振器、滤波器、压电换能器等体波器件的材料已有长久历史，迄今仍是现代电子技术不可缺的重要材料，70年代兴起的声表面波技术又将这种材料推到前所未有的重要地位，这一新技术除了要求材料的机电耦合系数大，性能稳定以外，还要满足声速适应器件要求，LN、LT，和Bi12GeO20因此获得了迅速的发展。其中用作声表面滤波器的主要材料LN、LT为了适应大生产中平面工艺的需要，已发展了大尺寸晶体（3"、4"及5"直径，1"约25mm）的生长技术。以其制成的声表面滤波器和振荡器已广泛用于电视机、移动电话、电子手表、传真机、微小型计算机等现代电子设备和传感技术上。80年代研制成功新的压电晶体四硼酸锂（Li2B4O7）具有优异的综合性能，加之熔点低、比重轻、成本低，可望在许多用途上代替现有的压电晶体。

（6）闪烁晶体　闪烁晶体在辐射探测上的应用已有悠久的历史。70年代后核医学、高能物理、核物理工程的发展要求具有高阻挡射线本领、高发光效率、高分辨率、高响应速度率的新晶体、锗酸铋（BGO）以其优异的闪烁性能受到重视。