普克爾盒的高頻調制原理及調節技巧

原理介紹：

在電光調制中（EOM），由普克爾效應制作的普克爾盒（Pockels cells）是常用的電光調制（EOM）常用器件。

普克爾效應，又叫普克爾斯效應，波克爾斯效應，泡克耳斯效應，泡克爾斯效應，指的是特定晶體折射率與外加電場強度成一定比例關系的光電現象。

通過對外加電場的控制，從而改變一定方向的折射率，使得電光調制器普克爾盒可以作為一個可變半波片工作，從而實現偏振態改變。當該電光調制器普克爾盒置于兩片垂直偏振片之間時，就可以實現光強調制。

普克爾盒調節技巧：

（1）發散光束在雙折射晶體中的傳播

基于雙折射晶體的各向異性特點，發散光束在其中傳播時所經歷的相位變化具有角對稱的特性，若在其后放置一個偏振片，在多角度上會形成干涉條紋。此過程中，尤需注意兩個特殊方向，晶體的o軸和e軸，這兩個方向上傳播的光束偏振不發生改變，最終光斑的分布為典型的Isogyre形狀。普克爾調節的核心技巧就是產生一個發散光束，然后以透過光斑的的相對位置或者對稱性分布為參考，以此衡量是否調節得當。

圖1 兩種典型的Isogyre形狀

無正交偏振片的分布（左） 正交偏振片后方分布（右）

（2）調Q激光器中的普克爾盒調節

如圖所示，在安裝或者優化調Q激光器中普克爾盒的時候：首先保證光束盡量通過普克爾盒的中心，避免切光。

其次，使用一臺He-Ne激光器或LD光源通過一張鏡頭紙得到一個發散的光束。

在普克爾盒后方放置一個和腔內偏振片正交的選偏器件。將一張卡片置于普克爾盒的后方，若不通過正交偏振片直接觀測，圖1中左圖亦可作為判斷依據。調節普克爾盒的兩個旋鈕（Pitch和Yaw）使其直接透過光在十字叉線的正中心。如果在正交偏振片的后方觀測，則圖1中的右圖作為判斷依據，同樣的，調節Pitch和Yaw旋鈕，使得正交的整個圖樣盡量對稱，十字叉線呈對稱分布。

調節完成普克爾的姿態后，切記將外加的激光光源移除或遮擋，然后取出外加的鏡頭紙和偏振片。

激光器運行以后，可進一步調節普克爾盒的姿態，以保證調Q電壓零施加狀態下，腔內無激光產生。

可通過調節普克爾盒的電壓和時間延時來優化輸出激光能量和脈沖形狀。

（3）脈沖選擇器中的普克爾盒調節

脈沖選擇器中的普克爾盒姿態調節方法和上述方法完全一致，可使用實際工作激光器，無需借助外在光源。因已具備兩片正交偏振元件，所以只需外加一片鏡頭紙即可。