普克尔盒的高频调制原理及调节技巧

原理介绍：

在电光调制中（EOM），由普克尔效应制作的普克尔盒（Pockels cells）是常用的电光调制（EOM）常用器件。

普克尔效应，又叫普克尔斯效应，波克尔斯效应，泡克耳斯效应，泡克尔斯效应，指的是特定晶体折射率与外加电场强度成一定比例关系的光电现象。

通过对外加电场的控制，从而改变一定方向的折射率，使得电光调制器普克尔盒可以作为一个可变半波片工作，从而实现偏振态改变。当该电光调制器普克尔盒置于两片垂直偏振片之间时，就可以实现光强调制。

普克尔盒调节技巧：

（1）发散光束在双折射晶体中的传播

基于双折射晶体的各向异性特点，发散光束在其中传播时所经历的相位变化具有角对称的特性，若在其后放置一个偏振片，在多角度上会形成干涉条纹。此过程中，尤需注意两个特殊方向，晶体的o轴和e轴，这两个方向上传播的光束偏振不发生改变，最终光斑的分布为典型的Isogyre形状。普克尔调节的核心技巧就是产生一个发散光束，然后以透过光斑的的相对位置或者对称性分布为参考，以此衡量是否调节得当。

图1 两种典型的Isogyre形状

无正交偏振片的分布（左） 正交偏振片后方分布（右）

（2）调Q激光器中的普克尔盒调节

如图所示，在安装或者优化调Q激光器中普克尔盒的时候：首先保证光束尽量通过普克尔盒的中心，避免切光。

其次，使用一台He-Ne激光器或LD光源通过一张镜头纸得到一个发散的光束。

在普克尔盒后方放置一个和腔内偏振片正交的选偏器件。将一张卡片置于普克尔盒的后方，若不通过正交偏振片直接观测，图1中左图亦可作为判断依据。调节普克尔盒的两个旋钮（Pitch和Yaw）使其直接透过光在十字叉线的正中心。如果在正交偏振片的后方观测，则图1中的右图作为判断依据，同样的，调节Pitch和Yaw旋钮，使得正交的整个图样尽量对称，十字叉线呈对称分布。

调节完成普克尔的姿态后，切记将外加的激光光源移除或遮挡，然后取出外加的镜头纸和偏振片。

激光器运行以后，可进一步调节普克尔盒的姿态，以保证调Q电压零施加状态下，腔内无激光产生。

可通过调节普克尔盒的电压和时间延时来优化输出激光能量和脉冲形状。

（3）脉冲选择器中的普克尔盒调节

脉冲选择器中的普克尔盒姿态调节方法和上述方法完全一致，可使用实际工作激光器，无需借助外在光源。因已具备两片正交偏振元件，所以只需外加一片镜头纸即可。