普克爾斯盒是怎樣的一種電光器件？

來源：閱讀：547 發布時間：2022-04-07 10:14:10

普克爾斯盒是(shi)一種電光(guang)器(qi)件，用來制作調(diao)制器(qi)。

普克(ke)爾(er)斯(si)盒(he)包含一(yi)塊電(dian)光(guang)晶體(ti)（上面放置電(dian)極），光(guang)在晶體(ti)中傳(chuan)播。晶體(ti)中的相位延遲可(ke)(ke)以通(tong)過施加可(ke)(ke)變電(dian)壓(ya)進行調(diao)制(zhi)。因(yin)此，普克(ke)爾(er)斯(si)盒(he)可(ke)(ke)以看做一(yi)個(ge)電(dian)壓(ya)控制(zhi)的波片。普克(ke)爾(er)斯(si)盒(he)是電(dian)光(guang)調(diao)制(zhi)器(qi)(qi)的基本元件(jian)，可(ke)(ke)用(yong)于Q開關激光(guang)器(qi)(qi)。

幾何結構和材料

考慮施(shi)加(jia)電場的(de)方向，普克爾斯盒具有兩(liang)種不(bu)同的(de)幾何結構：

1.縱向(xiang)(xiang)設計的(de)器件中，電(dian)(dian)場與(yu)穿(chuan)過電(dian)(dian)極(ji)(ji)的(de)光(guang)束方向(xiang)(xiang)相同。由(you)于需(xu)要的(de)驅(qu)動電(dian)(dian)壓(ya)與(yu)孔(kong)徑無關，因此很(hen)(hen)容易(yi)實現很(hen)(hen)大(da)的(de)孔(kong)徑。電(dian)(dian)極(ji)(ji)可以(yi)是金(jin)屬環（圖(tu)1，左圖(tu)）或者在端面具有金(jin)屬接觸(chu)的(de)透(tou)明層（右圖(tu)）。

圖1：在(zai)縱向電(dian)場作(zuo)用下的普(pu)克爾斯(si)盒。電(dian)極可以(yi)端(duan)面（左(zuo)圖）或者外表面（右圖）的環。

2.橫向(xiang)設計的器件中，電(dian)場(chang)與光束方向(xiang)垂直(zhi)。施加(jia)的電(dian)場(chang)通(tong)過晶體兩側的電(dian)極。對于小(xiao)孔徑的情況，器件具有(you)較低的開關電(dian)壓。

圖2：具有(you)橫向電(dian)場的普克爾斯盒。左(zuo)側(ce)為體調制器(qi)，右側(ce)為波導調制器(qi)。

常用(yong)于普克爾斯盒的非線性晶體材料為鉀(jia)(jia)磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)二氘（KD*P = DKDP），鉀(jia)(jia)鈦(tai)磷(lin)(lin)（KTP），偏硼酸(suan)(suan)（BBO）（后(hou)者用(yong)于平(ping)均功率較高或者開關頻率很(hen)高時(shi)），鈮酸(suan)(suan)鋰(li)(li)（LiNbO3），鈦(tai)酸(suan)(suan)鋰(li)(li)（LiTaO3）和磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)二氫銨（NH4H2PO4, ADP）。

半波電壓

普克(ke)爾斯盒一個(ge)重要的性質是(shi)其半波電壓Vπ。它是(shi)指產生π相位(wei)變(bian)化所需的電壓。在振幅調制器中(zhong)，施加(jia)的電壓需要在這(zhe)一值范(fan)圍內變(bian)化從而工(gong)作點(dian)能夠從ZUI小透(tou)射率到ZUI大透(tou)射率。

采用橫向(xiang)電場(chang)的(de)普克爾(er)斯(si)盒的(de)半波(bo)電壓(ya)與晶體材料，電極間距和施加電場(chang)區域(yu)的(de)長度有(you)關。開(kai)口孔徑越大(da)，需要的(de)電極間距越大(da)，需要的(de)電壓(ya)也越大(da)。

施加(jia)縱向電(dian)場(chang)的普克爾斯盒(he)中，晶體(ti)長度(du)不(bu)太相關，因為給定電(dian)壓情(qing)況下，長度(du)短會提(ti)高電(dian)場(chang)強度(du)。不(bu)用增加(jia)半波(bo)電(dian)壓的情(qing)況下也可以得到更大的孔徑。

通常的(de)(de)普克爾(er)斯盒的(de)(de)半(ban)波電(dian)壓為幾(ji)百甚(shen)至幾(ji)千伏，高電(dian)壓放大器需要的(de)(de)調制深(shen)度(du)也很(hen)大。對于很(hen)高非線性的(de)(de)晶體材料（例如LiNbO3）和電(dian)極間距很(hen)小的(de)(de)集成光學調制器來(lai)說，需要相對較小的(de)(de)半(ban)波電(dian)壓，但是這(zhe)種器件具有有限的(de)(de)功率處理能力(li)。