非线性光学晶体是对于激光强电场显示二次以上非线性光学效应的晶体。非线性光学效应大体包含三类，倍频、混频、高次谐波发生和光的参量振荡与放大等;受激散射现象如受激喇曼散射和受激布里渊散射;多光子吸收、光致电离、光损伤等。非线性光学晶体由于具有波长变换，增大振幅，开关。记忆等许多元件功能，正作为光计算的基本元件而引人注目。

       非线性晶体的许多不同的特性在应用中是非常重要的，例如在非线性频率转换中： — 非线性晶体的色散和双折射特性决定了非线性晶体可以用于相位匹配和相位匹配带宽，角谱宽度（临界相位匹配的角谱宽度）等。 — 有效非线性系数 的大小取决于非线性张量部分和相位匹配类型，有效非线性系数的大小很重要，尤其当可达到的光强较低时。 — 通常，晶体材料应该对所有波段具有高的透光度。 其他相关特性： — 材料的电势周期性极化以达到准相位匹配。 — 线性吸收，在高光功率值下能引起加热，因此相位匹配被打破，热透镜效应发生。 — 抗光学损伤，灰度追踪，光暗化效应，包含绿光的红外吸收，诸如此类。 — 抗光折变效应（通常被称为光折变损伤，尽管通常光折变损伤是可逆的）。 — 高质量、大尺寸和高性价比的非线性晶体是否易获取。 — 在非线性晶体上制造高质量的抗反射膜的容易性 — 抗化学腐蚀性；例如，一些晶体材料是易潮湿的，其他材料在真空室中应用电介质镀膜时容易发生化学变化。

       为某一应用需求而选择最合适的晶体材料非常重要，选择合适的晶体材料需要考虑很多方面。例如，如果相互作用长度被大的群速度失配和由低损伤阈值引起低的可用光强度强烈地限制，超短脉冲的频率转换的高非线性特性将会不起作用。同样，由于非临界相位匹配通常涉及在一个温度稳定的晶体恒温箱中对晶体的操作，在室温下能临界相位匹配的晶体材料是很符合需要的。

       在许多情况下，用于非线性频率转换的非线性晶体具有很长的使用寿命，寿命比整个激光器的寿命还要长。晶体在使用过程中基本不会被改变。然而，晶体寿命降低能发生在各种情形下：如在非线性频率转换中：操作过程中过高的光强度将会顷刻间损坏晶体。不幸的是，为了达到足够高的转换效率，非线性晶体经常需要在接近它们的光学损耗阈值附近运行。这意味着在转换效率和晶体寿命间的一个权衡。需要注意的是，即使标称的强度低于象征性损伤阈值，可能仍存在问题。这些问题是由于波束强度或局部强度（如一个波束轮廓具有一个“突变点”），或由于晶体内部孤立的瑕疵。这些瑕疵相较于常规晶体材料更敏感。

•        即使为防止瞬间损耗，晶体远低于阈值运行，一些晶体材料在一些使用的部分展现出持续的退化，例如，以“灰度追踪”的形式退化。这种现象在晶体运行在紫外光波段运行时尤其常见。值得注意的是，逐渐的退化会积累热量，过热的产生能瞬间引起灾难性的损伤。
  
•        当吸湿的晶体材料不能保持在足够干燥的空气（或干燥的惰性气体）中时，它们会恶化。这种晶体应用于KDP和BBO，在LBO中使用较少。保持这种晶体处在一个较高的温度是有帮助的，较高的温度使这种晶体容易保持干燥。为了达到相位匹配，使非线性晶体在低于室温的温度下运行通常是有问题的，因为如果周围空气不是很干燥的话，那样可能引起水冷凝在晶体表面。即使晶体材料或涂层对水不敏感，相较于通常情况，微小的水滴会将激光的聚焦得更厉害，从而损伤晶体材料。
  
•        当温度快速变化或频繁变化的时候，在晶体恒温箱中的非临界相位匹配晶体会出现问题。尤其地，抗反射膜会由于不同的材料膨胀系数而被损伤。尽管退化现象好像是材料的本质上的限制，晶体寿命很大程度上依赖于材料质量。
  

       为产生高功率紫外线，非线性晶体会变成消耗品：它们在激光器系统（例如，每运行几百小时）的寿命过程中需要被经常更换。常常，几个问题性因素在紫外产生体系中一起出现：晶体材料通常对紫外光（具有高的光子能量）更敏感，在该体系中展示出更高的吸收率，在超短脉冲情况下，高的群速度失配需要使用更短的晶体，更短的晶体在转换效率不变的情况下需要更高的光强度。

       在一些应用中，具有较小的厚度如低于1毫米的非线性晶体会被使用。当采用这种晶体时，最小化群速度失配是必须的，例如最小化在光学自相关器中的极短脉冲的群速度失配。

       获得超薄晶体的常规方法是首先用一些基底（例如，石英玻璃）光学接触一个较厚的非线性晶体，然后磨光晶体至需要的厚度（如20微米）。在较厚基底材料中的群速度失配是无关紧要的，因为非线性交互作用仅发生在较薄的晶体材料中。基底仅仅用来机械地稳定较薄的非线性晶体。制造无需支撑物的厚度在100微米的晶体是可行的，有时候制造无需支撑物的厚度低于30微米的晶体也是可行的。