普克爾盒（Pockels cell）是基于泡克爾斯效應設計的偏振光調制器件。泡克爾斯效應（英語：Pockels effect）是指光介質在恒定或交變電場下產生光的雙折射效應，這是一種線性電--光效應，其折射率的改變和所加電場的大小成正比。普克爾斯盒包含一塊電光晶體（上面放置電極），光在晶體中傳播。晶體中的相位延遲可以通過施加可變電壓進行調制。普克爾盒是激光腔內調Q、脈沖拾取、再生放大系統中的關鍵部件，也是激光加工或者檢測設備中對激光進行強度、相位和頻率調制的調整器件。關于所施加電場的方向，普克爾盒具有兩種不同的幾何形狀： 縱向裝置具有在光束方向上的電場。光束可以穿過電極中的孔，或者穿過透明電極。由于所需的驅動電壓基本上與孔徑無關，因此可以容易地實現大孔徑。電極可以是金屬環（圖1，左），也可以是端面（右）上帶有金屬觸點的透明層。 橫向裝置具有垂直于光束的電場。該電場是通過晶體側面的電極施加的。對于小孔徑，它們可以具有較低的開關電壓。 普克爾盒常用的非線性晶體材料有磷酸二氘鉀（KD*P=DKDP）、磷酸鈦鉀（KTP）、β-硼酸鋇（BBO）（后者用于更高的平均功率和/或更高的開關頻率）、鈮酸鋰（LiNbO3）、鉭酸鋰（LiTaO3）和磷酸二氫銨（NH4H2PO4，ADP）。對于中紅外應用，需要碲化鎘（CdTe）等特殊材料。請注意，材料的選擇可能受到要考慮的廣泛方面的影響。例如，所需的特性可以是：◆低殘余吸收、高損傷閾值和用于在高強度下操作的低光學非線性通常，需要根據特定的應用程序仔細考慮不同方面之間的權衡。 普克爾盒一個重要參數就是半波電壓，這是感應相變所需的電壓。相當于半個光學波長。在幅度調制器中，施加的電壓必須改變該值，以便從具有最小傳輸的工作點變為具有傳輸的操作點。 具有橫向電場的普克爾盒的半波電壓取決于晶體材料、電極間隔和施加電場的區域的長度。例如，可以通過使用較長的晶體來減少它。對于較大的開口，電極間隔需要較大，因此電壓也需要較大。 對于具有縱向電場的普克爾盒，晶體長度無關緊要，因為例如較短的長度也會增加給定電壓的電場強度。在不增加半波電壓的情況下，較大的孔徑是可能的。 典型的普克爾盒具有數百甚至數千伏的半波電壓，因此對于大的調制深度需要高電壓放大器。對于諸如LiNbO3的高度非線性晶體材料和具有小電極間隔的集成光學調制器來說，相對小的半波電壓是可能的，但是這樣的器件具有有限的功率處理能力。 例如，考慮一個基于普克爾盒單元的簡單強度調制器，其中輸入光束的線性偏振與非線性晶體的光軸成45°角。我們假設，在沒有外加電場的情況下，晶體沒有雙折射，并且它具有給定的半波電壓。在晶體后面，我們有一個偏振器，使得我們在沒有施加電壓的情況下獲得99%的傳輸（忽略一些寄生損耗）。在這種情況下，我們可以認為傳輸場是兩個相同強度的同相場分量的疊加。在施加電場的情況下，這些場分量獲得的相位差為
，總傳輸振幅與以下參數成正比：如果偏振器旋轉，使得我們在零電壓下獲得零傳輸，則公式包含sin而不是cos。計算表明，為了在零和99%之間切換強度調制器的傳輸，只需要將施加的電壓修改半波電壓。通常，人們會在零和半波電壓之間改變電壓，盡管原則上也可以在如下參數間變化： 為了在普克爾盒中保持一定的電壓水平，理論上根本不需要電流，因為晶體材料是電介質，即電絕緣體。然而，普克爾盒可以具有顯著的電容，這意味著當改變施加的電壓時需要提供或去除一些電荷。對于非常快速和大的電壓變化，可能需要大量的電流。 還可能需要考慮連接線的電感，其不會改變所需的電流，但會影響電壓降并可能導致諧振現象。 普克爾盒可能的調制帶寬可能非常高—很多兆赫茲，甚至可能是幾千兆赫茲。它基本上僅受電光晶體中電場強度可以被修改的速度的限制。因此，它基本上受到所使用的普克爾盒驅動器電子器件的限制，并且可能受到驅動器和電池之間的電纜連接的限制。然而，具有高電容的普克爾盒單元使得驅動器更難實現高帶寬。因此，使用具有低介電敏感度的晶體材料是有益的。此外，所選擇的電極幾何形狀可以發揮作用，并且這也可能受到例如關于開口的要求的影響。 對于一些應用，需要能夠處理具有脈沖能量的光脈沖的普克爾盒。對于這種情況，需要非常大的孔徑，并且具有環形電極的縱向電極設計是不可行的。傳統的透明電極也是有問題的，因為它們限制了可應用的脈沖通量。因此，已經提出了一種由低壓電離氣體形成透明電極的概念[4]。這里，電離氣體是在輝光放電中產生的，該輝光放電是用橫向電極獲得的。 在普克爾盒的實際應用中，可能需要考慮一些額外的方面，包括額外的物理效應。 用于高功率激光的大口徑普克爾盒，特別是對于在具有高脈沖能量的Q開關激光器中的應用，為了避免激光誘導的損傷，人們被迫使用具有相對大的光束半徑的普克爾盒。不幸的是，所需的大孔徑的非線性晶體價格昂貴。另外有些晶體材料，可能無法獲得足夠大的尺寸，因為它們很難制造出足夠高質量的大尺寸晶體。 另一個結果是電容將更大（由于增加的電極面積），這意味著對所使用的普克爾盒驅動器的提出額外要求。 優化電極設計（可能具有額外的輔助電極）以獲得所產生電場的高均勻性也很重要，因為否則可能獲得空間變化的調制。在高光功率水平下，晶體材料的一些殘余吸收可能會引起熱效應。因此，低吸收材料是高功率運行的材料。即使所用晶體的端面含有高質量的防反射涂層，如果光束方向與這些端面垂直，標準具效應也會影響光學性能。獲得的相變存在一定的溫度依賴性。因此，例如，當溫度變化時，被調節以產生的高對比度幅度調制的普克爾盒可能需要重新調節所施加的電壓。存在熱補償的雙晶體設計，其中該問題可以在很大程度上避免。普克爾盒中使用的晶體是非線性晶體材料，表現出顯著的光學非線性。例如，對于具有顯著峰值功率的光脈沖，可以獲得自相位調制和非線性自聚焦。此外，晶體的色散可能是有害的，特別是對于使用超短脈沖操作的器件，例如再生放大器。 非線性晶體通常表現出顯著的壓電和彈光效應，這可能對高調制頻率下的性能產生顯著影響。常見的現象是觀察到“振鈴”效應，這會顯著降低性能，例如Q開關激光器或光調制器的性能；這通常意味著對可用調制帶寬的限制。在某種程度上，這種問題可以通過復雜的驅動器電子設備來減輕。 美國InPut Optica Technology （IPO）公司基于BBO晶體的BPR系列普克爾盒是專門設計的，為了滿足高功率損傷閾值、低壓電效應、低功耗的要求，以及低插入損耗等場景的應用。IPO開發的高速普克爾盒驅動器與 BPR系列普克爾盒匹配使用針對高功率和高重頻激光應用提供的工業可靠性，波長從190nm到超過2.2μm。 BPR系列普克爾盒包括單晶體和雙晶體設計，滿足電光Q開關，脈沖選擇器，腔倒空等多種高功率激光應用。同時提供傳導冷卻和水冷兩個子系列，滿足不同功率要求。 IPO公司標準的普克爾盒和驅動器產品主要技術參數如下，如果標準產品無法滿足用戶要求，IPO可以根據用戶要求進行產品定制。 北京海科思銳光電儀器有限公司作為一家專業的激光和光電產品代理商，依托于核心團隊10幾年在激光和光電領域積累起來的豐富經驗以及對行業的深刻理解，發展迅速，到目前已經形成了激光器及應用系統、激光測試設備、激光與光學元器件、精密光機械等四大產品線，海科思銳與美國InPut Optica Technology,Inc.（IPO）公司建立長期密切的合作關系，在中國銷售IPO公司研制生產的高功率激光用法拉第隔離器和普克爾盒產品。
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