临界相位匹配（也称角相位匹配）是一种在双折射晶体中非线性过程的相位匹配。相互作用的光束沿折射率椭球的某一角度入射。在大多数情况下，有一个或者两个光束的偏正方向沿着折射率椭球的某一个轴（寻常光），而另外的一个或两束光的偏振方向则处于另外两个轴组成的平面上。通过调节光束的传播方向，从而可以调节非寻常光的折射率，而寻常光的折射率保持不变。在某些特殊角度上，可以实现相位匹配。

图 1 LBO晶体中二次谐波产生的临界相位匹配。基频光（红色）和二次谐波光（绿色）的偏振方向相互垂直，并于传播方向垂直。

举一个例子，如图1所示。LBO晶体中I型相位匹配的二次谐波产生过程中的光束传播方向和偏振方向。在这种状态为oo-e的I型相位匹配中，光束在XY平面内传播，基频光为寻常光（o光，偏振方向沿z轴），二次谐波光为非寻常光（e光，与Y轴的夹角为 ）。在图2中给出了所需的参数。例如，对于波长为800nm的泵浦光，其相位匹配角的 为31.6°，而其有效非线性为0.72pm/ V。二次谐波的空间走离角（图中未示出）为16.5mrad（毫弧度）。

图2 室温条件下LBO晶体中倍频过程的临界相位匹配的相位匹配角度（红，左轴）和有效非线性（蓝色，右轴），状态为oo-e的I型相位匹配。

“临界”一词源于这种技术对于光束的方向对于角度的敏感性。满足临界相位匹配的入射角只能在一定范围内（接受角，也称为相位匹配带宽）。在上面的例子中，对于1cm长的LBO晶体，该角度范围仅为0.67mrad。这也就意味着必须限制光束发散角，从而使得入射光束具有较大的光束半径。因此高非线性变换效率需要更高的峰值功率。另一个相关的问题是寻常光和非寻常光之间的空间走离，这也就限制了光束之间的有效相互作用距离，同时还可能会破坏光束质量。当光功率足够高时，通过使用较短的非线性晶体或者更大的光束直径可以减小光束走离。

临界相位匹配的一个主要优点是，晶体的温度通常是接近室温的温度，从而不需要的对晶体进行加热。