普克尔盒驱动——驱动普克尔盒的电子设备

普克尔盒用于通过施加电压来控制的各种电光调制器。该电压由连接到普克尔盒两个电极的某种普克尔盒驱动器提供。

普克尔盒在激光技术领域的典型应用是：

• 主动调Q，主要是固态激光器

• 主动锁模

• 连续波或锁模激光器的腔倾倒

• 用于超短脉冲的再生放大器

• 用于超短脉冲的脉冲选择器（例如用于降低脉冲重复率）

• 调制激光束，例如在激光器稳定的情况下以正弦方式

根据应用的不同，对普克尔盒驱动器的要求可能会有很大不同；请参阅下面的更多细节。

如今，基本上所有普克尔盒驱动器都是基于固态电子技术制造的，使用高压晶体管，例如 MOSFET。可能需要堆叠多个高压晶体管，注意在这些晶体管之间实现电压的均匀分布。代替对不同晶体管使用一些高度隔离的浮栅驱动电路，人们可以使用某些先进的想法，例如实现所谓的雪崩开关堆栈，包括雪崩二极管（不是雪崩光电二极管）和/或雪崩双极晶体管。

设备生命周期可以很长，前提是使用适当设计的驱动程序并适当小心。另一方面，如果使用不当，驱动程序会很快被破坏。

所需电压

驱动普克尔盒通常需要数百甚至数千伏的电压——这并不容易实现，而且存在潜在危险！通常，人们需要访问基于普克尔盒的强度调制器的整个传输范围，或者相位调制器的大范围相位延迟，因此需要所谓的半波电压量级的控制电压. 该电压通常为数百伏甚至数千伏，特别是对于大孔径普克尔盒。然而，在某些情况下，显着较小的驱动电压就足够了。

选择具有相对较小半波电压的普克尔盒可能是明智的，例如通过使用具有高电光系数的电光材料和/或在具有横向的盒的情况下使用相对较小的孔径尺寸。电极。对于纵向普克尔盒设计，平均尺寸不会影响所需的控制电压，只会影响电容。当然，为了避免触电，必须采取适当的安全措施。

速度或带宽要求

普克尔盒是容性负载，快速开关涉及大量电流尖峰。对于某些应用，需要快速切换强度调制器的传输，例如在大约 0 和 100 % 之间。这通常是通过使用基于晶体管的快速开关对输出进行快速放电来实现的。重要的是要认识到普克尔盒构成了一个电容负载，不同的普克尔盒呈现出非常不同的电容值。虽然在普克尔盒上保持特定电压不需要大量电流，但驱动器需要提供大量电流尖峰以快速改变该电压。例如，考虑一个只有10pF电容和1kV开关电压的普克尔盒：我们需要10nC的电荷，例如在10ns内移动，这意味着1A数量级的电流尖峰 - 相当多用于高压电源。

普克尔盒的过大电容和驱动器的电流脉冲能力过小都会导致开关速度受限。这可能是有问题的，例如，当调Q或倾腔一个激光器，其中严重的性能下降可导致。但是，请注意，激光器设计和操作参数对有关切换速度的要求也有深远的影响。对于快速切换（例如，下降时间为几纳秒），还需要考虑电连接的电感，例如避免过长的电缆。

一些驱动器针对一个方向的快速切换进行了优化，而另一个方向的切换速度要低得多，这可能与应用无关。例如，Q开关激光器中的功率损耗需要快速降低以产生脉冲，而引入损耗的恢复可以慢得多而不会造成问题。在其他情况下，需要双向快速切换，并且已经开发了合适的驱动器，例如使用推挽电路拓扑。

在频域中，驱动器的速度——或者更准确地说，普克尔盒及其驱动器和两者之间的电缆组合的速度——以带宽的形式量化。最短可能的切换时间是反向带宽的数量级。

精确

对于某些应用，以高精度控制普克尔盒上的电压至关重要。例如，脉冲选择器应该很好地传输选定的脉冲，同时理想地完全阻止所有其他脉冲。部分地传输额外的脉冲，即使是在相当低的水平，也可能严重损害系统性能。这种缺陷可能由不准确的电子设备引入，但在某些情况下，也可能由普克尔盒的某些缺陷引起，例如热效应和非线性光学效应。

特殊要求

简单的普克尔盒驱动器只接受中等电压的模拟输入信号，按比例放大并将其发送到普克尔盒。可以有一个用于调节放大率的控制旋钮，例如，使得人们可以在调制器的零和100%传输之间精确地切换。

其他驱动器具有数字触发输入；这可能适用于例如操作Q开关激光器。输入触发器和施加的输出电压之间可能存在可调节的时间延迟。例如，有些设备可以在闪光灯泵浦激光器被泵浦时接收触发信号，从而在例如200μs后产生调Q脉冲。

大多数设备只是简单地连接到电网（例如110V或230V），而其他设备则在中等幅度的直流电压下运行，例如24V。一些驱动器（单极驱动器）的两个输出引脚之一处于地电位。其他有双极平衡输出，其中两个输出具有相对于地电位相反的电压。这样对地电压可以更低，这在安全方面可能是有利的。当然，这种操作需要合适的电缆和连接器，并不是每个普克尔盒都可以连接到这样的驱动器，因为两个电极都需要与电气接地隔离。一些驱动器有自己的外壳，带有连接器、控件、电压显示器等，而另一些则提供OEM版本以集成到其他设备中。对于再生放大器的操作，需要根据来自第一个光电二极管的信号非常精确地触发普克尔盒。所需的电子设备也可以集成到普克尔盒驱动器中。否则，需要明确定义的接口才能成功连接此类设备。对于再生放大器和腔倾倒应用而言，普克尔盒驱动器的非常小的定时抖动通常是必不可少的，而对于简单的Q开关激光器来说，这可能无关紧要。

安全注意事项

由于普克尔盒驱动器通常会产生危险的高电压，因此需要小心使用。这从与电源的合适连接开始。通常，普克尔盒驱动器连接到公共电网，对于那些使用合适的完整电缆将其交流输入连接正确接地的普克尔盒驱动器来说尤为重要。

如上所述，具有平衡双极输出的设备的危险性稍低，因为它们对地的电压较低。对于高电压，必须使用具有足够绝缘的适当电缆。应定期检查使用过的电缆是否有损坏，尤其是绝缘损坏，例如在实验室或工业环境中很容易发生的损坏。电连接器的质量也至关重要。许多国家/地区的法律要求定期检查。当然，在开始操作前应仔细阅读设备的用户手册，只有在确保所有电气连接正确后才能开启设备。高压驱动器通常不能容忍短路——它们会很快损坏，例如当输出引脚连接到电气接地时。

G&H 普克尔盒驱动器

英国Gooth & Housego最早设立于1948年，核心技能集中在科研光学组件和晶体材料的制备上其光学晶体和精密光学部件畅销全球，广泛应用于航空航天、国防、工业和生命科学等领域。G&H普克尔盒驱动器包括Q开关驱动器和再生放大器驱动器，集成了高质量的组件，以最大限度地延长使用寿命、安全性和可靠性。其中Q开关驱动器提供快速上升时间，然后是较长的衰减时间。再生放大器驱动器具有一个具有快速上升和下降时间的方波脉冲，可调节脉冲宽度并且可以在 100kHz 或更高频率下运行。Q开关驱动器产品线包括Lab Q-Drive、OEM Q-Drive和QDP 型号，而再生放大器驱动器产品线包括R200、R200系统、HVR和HVR系统。

选择普克尔盒驱动器时，了解所需的开关电压很重要，因为BBO的开关电压通常高于KD*P，而且半波操作需要四分之一波电压的两倍。

用于调Q激光器的Q-DRIVE™系列普克尔盒驱动器

G&H的标志性普克尔盒驱动器Q-Drive™具有差分输出，可消除普克尔盒相对于接地的高直流电压。Q-Drive™绝缘应力和杂散电容效应被最小化，同时最大限度地提高安全性和可靠性。Q-Drive™系列为Q开关激光器中使用的KD*P普克尔盒提供快速上升时间，重复率适中。它专为高抗噪性和最佳信号完整性而设计。Q-Drive™可用于实验室和OEM配置。

Q-Drive™台式KD*P普克尔盒驱动器

Q-Drive™ OEM KD*P普克尔盒驱动器

QDP驱动产生双脉冲波形，在闪光灯工作期间阻止激光发射，并在峰值增益反转时脉冲普克尔盒——当激光输出最大时——然后再次施加电压以关闭普克尔盒并防止额外的激光脉冲从被发射。该设计旨在最大限度地减少普克尔盒暴露于高差分电压的时间，并消除晶体的电化学降解，延长其使用寿命。

用于闪光灯泵浦激光器的 QDP-50™ OEM Q开关驱动器

用于再生放大器的R-DRIVES普克尔盒驱动器

紧凑、经济高效的 R200™ 专为在四分之一波电压下与BBO普克尔盒一起使用而设计。提供快速上升和下降时间，它允许激光脉冲快速注入或耦合出放大器腔。它是脉冲选择和超快激光再生放大器设计的理想之选，频率高达 2.5kV，200 kHz，可以集成到新系统中或改装为现有设计的升级。它也可作为 19 英寸机架中的统包解决方案提供，称为 R200™ 系统。

HVR-Drive™是R200™产品系列的扩展，具有高达7.5kV的电压能力和高达200kHz的重复率。其顶帽波形的快速上升沿和下降沿使HVR适用于在超快再生放大器中运行的BBO普克尔盒，以及KD*P普克尔盒和大多数半波电压下的BBO普克尔盒。

HVR-System™是一种交钥匙、前面板控制、机架安装的普克尔盒驱动器系统，能够在7.5kV和200kHz重复率下运行。HVR-System™ 包括一个驱动器、电源和控制电子设备——支持开箱即用的功能，可在一系列操作制度下进行原型设计和基于实验室的研究。它还具有前面板数字电压表、高压启用/禁用和触发开/关开关，以方便使用。G&H提供多种标准 HVR-System™配置和针对特定要求的定制配置。

HVR-System™ 机架式 BBO普克尔盒驱动器

OEM定制

G&H普克尔盒驱动器可以针对每个应用进行定制，从布线和信号接口到通过空气、水或传导/对流进行冷却。增强可靠性的选项包括避免晶体退化的复杂电压轨迹、具有精确控制延迟的定制触发逻辑以防止损坏以及用于远程控制的定制接口。所有OEM设计都可以根据所需的外形尺寸和安装要求进行构建。

Inrad Optics普克尔盒驱动器

Inrad Optics长期以来一直被称为光子行业开创性的晶体产品公司之一。自 1973 年开始运营，前身为Photonics Product Group，是一家垂直集成的光子制造商，提供：基于晶体的光学元件和器件、由玻璃和金属制成的定制光学元件和精密光学和光机械组件，广泛用于国防、航空航天、激光、医疗、过程控制和计量应用。Inrad Optics系列普克尔盒驱动器专为小型容性负载（如普克尔盒）的快速高压开关而设计。它与我们的KD*P、LiNbO3和BBO普克尔盒系列兼容。该驱动器直接插入墙上插座，可以在内部或通过同步触发。高压可在2.4kV至6kV之间连续选择（可根据要求提供较低电压型号）。脉冲宽度可编程，范围为1μs至1/f，其中f是以Hz为单位的重复率，可从50 Hz标称值到DC之间进行选择。在常规操作中，最大频率取决于负载电容和HV值，但在突发模式下，可以在短时间内实现两倍于该频率的频率。

Inrad Optics 电光Q开关驱动器

OEM Tech电光Q开关驱动电源

OEM Tech 是一家提供全方位服务、以客户为导向的产品开发制造商，主要为激光器和光电设备提供专业电源，其中电光驱动器用于各种不同应用的普克尔盒，从简单的Q开关到更先进的脉冲拾取和再生放大器控制。 其中QBD系列电光Q开关驱动电源是一款体积小、稳定性好的高重复率的电源，有退压式和升压式两种输出方式，高达0.5nF带负载能力，可用来驱动铌酸锂、BBO和DKDP等电光Q开关；QBU系列电光Q开关驱动电源是一款体积小、稳定性好的高重复率的多功能电源，方波输出，高达0.5nF带负载能力，可用来驱动铌酸锂、BBO和DKDP等电光Q开关。

QBD系列电光Q开关驱动电源

QBU系列电光Q开关驱动电源

普克尔盒驱动器的应用

Q 开关、再生放大器、激光脉冲选择和管理。