普克爾盒也叫普克爾斯盒，是一種由電光晶體（附有一些電極）組成的裝置，光束可以通過它傳播。晶體中的相位延遲（→ 普克爾斯效應(yīng)）可以通過施加可變電壓來調(diào)制。因此，普克爾盒充當(dāng)電壓控制波片。普克爾盒是電光調(diào)制器的基本組件，例如用于調(diào)Q激光器。它的原理就是克爾電光效應(yīng)，即放在電場中的晶體，由于其分子受到電力的作用而發(fā)生取向（偏轉(zhuǎn)），呈現(xiàn)各向異性，結(jié)果產(chǎn)生雙折射，即沿兩個不同方向物質(zhì)對光的折射能力有所不同。普克爾盒一般用來做電光調(diào)制器，電光調(diào)制器是一套系統(tǒng)，需要普克爾盒加上驅(qū)動電源，根據(jù)參數(shù)需求不同可選擇不同的調(diào)制類型和調(diào)制頻率。一般對光有3種調(diào)制：強(qiáng)度調(diào)制，偏振態(tài)調(diào)制和相位調(diào)制。

幾何形狀和材料

關(guān)于外加電場的方向，普克爾盒可以有兩種不同的幾何形狀：

縱向器件具有沿光束方向的電場，光束穿過電極中的孔。大光圈很容易實現(xiàn)，因為所需的驅(qū)動電壓基本上與光圈無關(guān)。電極可以是金屬環(huán)（左）或帶有金屬觸點(diǎn)的端面（右）透明層。G&H公司在其KDP/KD*P普克爾盒（QX、CQX、IMPACT和TX系列）的產(chǎn)品中使用了這種設(shè)計。

橫向裝置具有垂直于光束的電場。該場通過晶體側(cè)面的電極施加。對于小孔徑，它們可以具有較低的開關(guān)電壓。G&H公司的LiNbO3、BBO和CdTe普克爾盒（Chiron和IRX系列）采用這種設(shè)計。

普克爾盒常見的非線性晶體材料有磷酸二氘鉀（KD*P =DKDP）、磷酸氧鈦鉀（KTP）、β-硼酸鋇（BBO）（后者用于更高的平均功率和/或更高的開關(guān)頻率），鈮酸鋰（LiNbO3）、鉭酸鋰（LiTaO3）和磷酸二氫銨（NH4H2PO4，ADP）。

半波電壓

普克爾盒的一個重要特性是半波電壓Uπ（也稱為Uλ/2或Vλ/2）。這是引起π相變所需的電壓，相當(dāng)于半個光波長。在調(diào)幅器中，施加的電壓必須改變這個值，以便從傳輸最小的操作點(diǎn)到傳輸最大的操作點(diǎn)。具有橫向電場的普克爾盒的半波電壓取決于晶體材料、電極間距和施加電場的區(qū)域的長度。對于更大的開孔，電極間距需要更大，因此電壓也需要更大。對于具有縱向電場的普克爾盒，晶體長度無關(guān)緊要，因為例如較短的長度也會增加給定電壓的電場強(qiáng)度。在不增加半波電壓的情況下可以實現(xiàn)更大的孔徑。典型的普克爾盒具有數(shù)百甚至數(shù)千伏的半波電壓，因此大調(diào)制深度需要高壓放大器。對于高度非線性晶體材料（如LiNbO3）和具有小電極間距的集成光調(diào)制器，相對較小的半波電壓是可能的，但此類器件的功率處理能力有限。

調(diào)制帶寬

普克爾盒可能的調(diào)制帶寬可能非常高——許多兆赫，甚至可能是數(shù)千兆赫。它基本上僅受可以修改電光晶體中電場強(qiáng)度的速度的限制。因此，它基本上受到所使用的普克爾盒驅(qū)動器電子設(shè)備的限制，并且可能受到驅(qū)動器和普克爾盒之間的電纜連接的限制。然而，具有高電容的普克爾盒使驅(qū)動器更難以實現(xiàn)高帶寬。因此，使用具有低介電敏感性εr的晶體材料是有益的。此外，所選擇的電極幾何形狀可以發(fā)揮作用，并且這也可能受到例如關(guān)于開孔的要求的影響。

G&H普克爾盒、電光Q開關(guān)

基本型號如下：

Chiron系列BBO普克爾盒

Chiron BBO普克爾盒在200–1650nm波長范圍內(nèi)工作，有效孔徑為3.25–7mm，重復(fù)頻率高達(dá)1MHz。在1064nm處提供＞1000:1的壓電系數(shù)比。利用雙晶體幾何結(jié)構(gòu)，具有最小驅(qū)動電壓（四分之一波電壓：2.3kV@1064nm）。Chiron BBO普克爾盒提高了高重復(fù)率和高平均功率激光應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，因為其吸收率低，可減少熱透鏡效應(yīng)和消偏振。低吸收是通過卓越的晶體質(zhì)量實現(xiàn)的，我們通過利用晶體生長、制造和拋光技術(shù)的專有技術(shù)來實現(xiàn)這一點(diǎn)，以提供可靠、高性能的普克爾盒。該系列普克爾盒可用于再生放大器、高脈沖重復(fù)率微加工激光器和用于材料加工和金屬退火的高平均功率激光器，以及任何其他高功率激光應(yīng)用。

主要特點(diǎn)

• 高達(dá)1MHz的高脈沖頻率

• 固態(tài)

• 低噪音

• 抗損傷陶瓷孔徑

• 緊湊的設(shè)計

• 高可靠性

• 高平均功率運(yùn)行

主要優(yōu)勢

• 適用于高平均功率系統(tǒng)

• 低吸收，熱效應(yīng)低

• 卓越的高重復(fù)率性能

• 提供技術(shù)支持

應(yīng)用

• 軍事

• OEM 和替換激光系統(tǒng)：

• ? 加工、打標(biāo)、鉆孔

• ? 眼科

• ? Q開關(guān)和再生放大器

• - 研究

1MHz重復(fù)率下的普克爾盒性能標(biāo)準(zhǔn)化為100%的起始對比度

Impact系列KD*P普克爾盒

Impact系列KD*P普克爾盒在300-1100nm波長范圍內(nèi)的透射率超過98.5%，有效孔徑范圍為8-13mm，本征對比度>4000:1，在1Khz頻率下工作，采用了最好的無應(yīng)力、高度氘化的KD*P晶體。陶瓷孔徑確保在嚴(yán)苛的應(yīng)用中也具有穩(wěn)定的性能?？捎糜诙喾N激光波長的超高的損傷閾值的溶膠和AR鍍膜。選配標(biāo)準(zhǔn)的針型連接器（適用于高電壓應(yīng)用），簡便的設(shè)計方便客戶快速的連接和組裝，客戶也可選擇傳統(tǒng)的螺紋接頭。IMPACT系列是采用干燥的氮?dú)饣卮祦肀Ｗo(hù)的真空密封，價格合理，專為設(shè)備制造商（OEM）研制。

主要特點(diǎn)

• 高達(dá)1MHz的高脈沖頻率

• 小尺寸適合微型系統(tǒng)

• 緊湊–重量輕且節(jié)省空間

• 抗損傷陶瓷孔徑

• 高透射率和對比度

• 高抗光學(xué)損傷性

• 工作頻率為1kHz

應(yīng)用

• 軍事

• OEM

• 研究

• 教育

• 醫(yī)療

QX系列KD*P普克爾盒

QX系列KD*P普克爾盒在300–1100nm波長范圍內(nèi)工作，有效孔徑為9.5–19.5mm，重復(fù)頻率高達(dá)3kHz。在1064nm處提供大于2000:1的電壓對比度。QX系列為KD*P普克爾盒設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn)，采用寬帶、高損傷閾值溶膠凝膠增透膜及緊湊型設(shè)計，以提高耐用性和性能，具有堅固的陶瓷孔徑和優(yōu)質(zhì)的紫外級熔融石英窗口，可實現(xiàn)高透射率和對比度。

主要特點(diǎn)

• 干性或液體密封

• 99.9% KD*P重氫工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)

• 無環(huán)氧和粘結(jié)劑

• 紫外級熔融硅窗口

• 有效孔徑為9.5–19.5mm

• 業(yè)內(nèi)最低的吸收率

• 最高的抗光學(xué)損傷能力

• 工作頻率為3kHz（10kHz衰減模型）

應(yīng)用

• Q 開關(guān)、脈沖拾取和腔倒空器

• 工業(yè)和軍事OEM，研究激光器系統(tǒng)教育

QX1014A短路徑KD*P普克爾盒

QX1014A短路徑KD*P普克爾盒作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QX系列普克爾盒中最新型號，在300–1100nm波長范圍內(nèi)工作，具有從8mm起的短路徑長度有效孔徑，重復(fù)頻率高達(dá)10kHz。在633nm處提供大于1200:1的電壓對比度，并具有緊湊的設(shè)計，具有堅固的陶瓷孔徑和優(yōu)質(zhì)的紫外熔融石英窗口，可實現(xiàn)高透射率和對比度。采用寬帶、高損傷閾值溶膠凝膠增透膜，以提高耐用性和性能。采用短路徑長度零件用來減少在高峰值功率應(yīng)用和飛秒應(yīng)用中光脈沖在非線性介質(zhì)中傳播時導(dǎo)致的非線性自聚焦效應(yīng)。衰減（阻尼）修改允許高達(dá)10kHz的有效操作從而有效的抑制了聲振效應(yīng)。我們可提供多種AR鍍膜，包括我們的獨(dú)有的700-1000nm AR鍍膜-非常適合減小鈦藍(lán)寶石再生放大器的插入損耗。

主要特點(diǎn)

• 短路徑長度，運(yùn)行高達(dá)10kHz

• 可定制AR鍍膜，包括適用于鈦藍(lán)寶石帶寬的AR鍍膜、波長可選、陶瓷通光孔徑、低VOC材料和高質(zhì)量KD*P晶體

主要優(yōu)勢

• 高損傷閾值

• 低插入損耗

應(yīng)用

• 光譜學(xué)用超快再生放大器

• 材料加工

• 光學(xué)參量放大

• 生命科學(xué)用飛秒激光（如LASIK）和材料加工（如光刻掩模修復(fù)）

• 科學(xué)研究

主要技術(shù)參數(shù)

• 通光孔徑：8mm

• 本征對比(ICR)@633nm：>1200:1

• 電壓對比 (VCR)@633nm：>450:1

• 光傳輸@鍍膜波長：>98%

• 直流半波電壓@633nm：≤3.8kV

• 透射波畸變@633nm：λ/8

• 外形尺寸：直徑34.8mm，長度51.6mm

TX系列KD*P普克爾盒

TX系列KD*P普克爾盒在300–1300nm 波長范圍內(nèi)工作，具有19.5–99mm 的大有效孔徑，重復(fù)頻率高達(dá)1kHz。在1064nm處提供大于8000:1的電壓對比度。還配有亞微米級的軸向可調(diào)窗口，用于調(diào)節(jié)窗口/晶體間距，同時配有224 TPI精密調(diào)節(jié)螺絲可用于再次調(diào)節(jié)窗口平行度和弧度。

TX系列KD*P普克爾盒是目前市面上最先進(jìn)的應(yīng)用于高功率的大口徑光學(xué)隔離器。我們作為業(yè)界的先驅(qū)研發(fā)的激光誘導(dǎo)核聚變和亞微米微光刻技術(shù)的普克爾盒現(xiàn)有大約300臺在全球范圍內(nèi)使用,所售數(shù)量是其他制造商所售總和的兩倍多。我們利用最先進(jìn)的技術(shù)特別修改了圓柱形環(huán)形電極幾何結(jié)構(gòu)，用來實現(xiàn)光均勻的傳輸達(dá)到最佳的消光比和最短的光路。我們在TX系列普克爾盒上安裝優(yōu)質(zhì)的50Ω  GHV系列電氣插座，因為其額定值為20kVDC和1GHz（需與RG-8 A/U或RG-213/U同軸電纜一起使用）。

主要特點(diǎn)

• 亞微米級軸向可調(diào)窗口，用于調(diào)節(jié)窗口/晶體間距

• 224TPI精密調(diào)節(jié)螺絲，用于調(diào)節(jié)窗口平行度和弧度

• 雙循環(huán)口

• 易于檢查和清潔的水晶鏡面

• 50Ω傳動線標(biāo)準(zhǔn)配置。

• 精密加工不含環(huán)氧樹脂

• 可提供各種孔徑尺寸

主要優(yōu)勢

• 擴(kuò)束可降低光強(qiáng)

應(yīng)用

• 超短超強(qiáng)激光器的Q開關(guān)和光隔離器

• 高功率可見光和近紅外激光器的光隔離和低頻調(diào)制

L=沿光軸方向的外殼長度；W=電氣端子之間的寬度；H=高度。可提供某些特定尺寸的99%氘化 KD*P和UV級KDP。點(diǎn)擊此處查看TX系列50Ω傳輸模式接線信息

IRX系列CdTe普克爾盒

IRX系列CdTe普克爾盒在7.0–12μm波長范圍內(nèi)工作，有效孔徑為3–10mm，重復(fù)頻率高達(dá)100kHz，在10.6μm處提供＞500:1的電壓對比度。IRX系列具有專利設(shè)計，可將CdTe晶體與外部環(huán)境隔離，從而延長使用壽命，并提供水冷設(shè)計以提高平均功率處理能力。由于碲化鎘具有電光系數(shù)高和不易吸水的特性，它作為Q開關(guān)主要用于3－12um波段，特別是二氧化碳激光器中。根據(jù)客戶要求，可以切成布儒斯特角端面，也可以根據(jù)客戶指定的激光波長鍍膜。

主要特點(diǎn)

• 高電光效應(yīng)的CdTe晶體

• 可提供3-10 mm氬涂層或布魯斯特切割晶體的孔徑

• 環(huán)境隔離EO晶體

• 可提供定制版本

• 可提供主動冷卻（申請專利中）

• 3μm-12μm到100 kHz

• 環(huán)境控制和大功率水冷選項（申請專利中）

• 防潮材料

• 低光吸收

主要優(yōu)勢

• 高對比度

• 寬光譜范圍

應(yīng)用

• 二氧化碳激光調(diào)Q

• 紅外脈沖選擇器

可按客戶要求定制孔徑。建議在1/10的流量下運(yùn)行，以延長使用壽命。LIDT將隨波長和光束參數(shù)變化。

EKSMA普克爾盒

KTP普克爾盒

PCK/PCR系列普克爾盒基于特殊生長的高電阻率KTP或RTP晶體。突出的特點(diǎn)是可以在高占空比下操作KTP/RTP 普克爾盒，甚至可以在高電壓下保持更長時間。KTP/RTP普克爾盒可以采用標(biāo)準(zhǔn)的一英寸外殼或在需要小尺寸時采用開放式OEM安裝。

主要特點(diǎn)：

• 相較于雙BBO普克爾盒電池電壓要求小兩倍

• 在低頻下以高占空比運(yùn)行

• 與DKDP晶體相比，壓電共振非常低

• 標(biāo)準(zhǔn)通光孔徑：4x4和6x6 mm

主要應(yīng)用：

• 用于高重復(fù)頻率激光器1kHz–6MHz的調(diào)Q

• 高重復(fù)率激光器的脈沖選擇器

DKDP(KD*P)普克爾盒

普克爾盒的作用是在KD*P等電光晶體的電極上施壓用來改變通過這些晶體的的光的偏振態(tài)。當(dāng)它與偏振器一起使用時，普克爾盒可以用作快速關(guān)斷開關(guān)。典型應(yīng)用包括激光腔的調(diào)Q，實現(xiàn)激光腔倒空將光注入或從再生放大器中耦合出來。KD*P普克爾盒通常用于400～1100nm的調(diào)Q應(yīng)用。市面大多數(shù)燈泵浦Nd:YAG激光器、紅寶石激光器和低重復(fù)率DPSS激光器的激光腔調(diào)Q開關(guān)都是使用KD*P普克爾盒。所有的電光KD*P晶體都鍍有高損傷閾值A(chǔ)R膜層。此外， PC12SR、D-compact和D-mini系列的普克爾盒還特有AR鍍膜窗口，可以保護(hù)和提高此產(chǎn)品在不太好的環(huán)境中的使用壽命。

主要特點(diǎn)：

• 低吸收高氘材料

• 針對所需波長的高損傷閾值介電增透膜

• 工作電壓不依賴于晶體孔徑，因此可提供大孔徑

• 由于GVD低，適用于飛秒應(yīng)用

• 可根據(jù)要求提供基于單晶的三端子設(shè)計

主要應(yīng)用：

• 高功率燈泵浦和低重復(fù)率二極管泵浦激光器的調(diào)Q

• 脈沖選擇器

• 激光腔倒空器

*用正交偏光片法測量

BBO普克爾盒

BBO普克爾盒是橫向磁場器件，電光系數(shù)低，工作電壓高，電壓與電極間距和晶體長度的比值成正比。采用雙晶體設(shè)計以降低所需電壓，并可在半波模式下快速切換。當(dāng)與偏振器一起使用時，它可以用作快速關(guān)斷開關(guān)。典型應(yīng)用包括激光腔的調(diào)Q，實現(xiàn)激光腔倒空將光注入或從再生放大器中耦合出來。Quatro BBO普克爾盒采用四晶設(shè)計，兩側(cè)獨(dú)立控制，可以由兩組同步的普克爾盒驅(qū)動器控制，從而實現(xiàn)高級偏振控制。

主要特點(diǎn)：

• 低吸收高氘材料

• 針對所需波長的高損傷閾值介電增透膜

• 工作電壓不依賴于晶體孔徑，因此可提供大孔徑

• 由于GVD低，適用于飛秒應(yīng)用

• 可根據(jù)要求提供基于單晶的三端子設(shè)計

主要應(yīng)用：

• 高功率燈泵浦和低重復(fù)率二極管泵浦激光器的調(diào)Q

• 脈沖選擇器

• 激光腔倒空器

上面提供的普克爾斯盒的所有晶體都鍍有AR/AR@1064nm?？筛鶕?jù)要求提供其他抗反射涂層。對于1064nm的10ns脈沖，損傷閾值>5J/cm2。

RTP晶體電光Q開關(guān)

RTP（磷酸鈦氧銣）晶體屬KTP族晶體，因其良好的電學(xué)與光學(xué)性能，包括較高的電阻率（約1011-1012Ω·cm和抗光傷閾值，非常適合用做電光器件，如激光Q開關(guān)、快門、相位和振幅調(diào)制器、脈沖選擇器，腔倒空器和偏轉(zhuǎn)器。

我公司提供的RTP晶體Q開關(guān)，采用雙晶體結(jié)構(gòu)，兩塊晶體光軸彼此垂直，可以自動補(bǔ)償環(huán)境溫度變化，是一種無需溫控的激光器件。除此之外，RTP晶體器件還具有下列明顯優(yōu)勢：

• 適用波長：450nm  – 3μm，器件消光比 ＞ 23 dB

• 雙晶體總的電容量很小， 5mm長晶體的總電容量為2-3pF或10mm長晶體的總電容量為3-4pF，可實現(xiàn)脈沖上升/下降時間：0.5-5ns

• 與其它電光Q相比，具有較低的半波電壓，更容易控制

• 晶體內(nèi)部質(zhì)量好，光學(xué)吸收低，雙晶體的總體透光率>98.5%

• 動態(tài)、靜態(tài)半波電壓基本一致，易于安裝和調(diào)節(jié)

• 適用于高頻操作，最高開關(guān)頻率可達(dá)1MHz

• 小巧的外形和較低的操作電壓，使其更適于新型的光纖與碟片激光器應(yīng)用

• 最大15x15mm2口徑器件可用于大型軍工和航天用途激光器

• 使用溫度﹣50-70℃，無需溫控

• 晶體損傷閾值達(dá)1GW/cm2 @ 1064nm, 10ns脈寬

• 晶體不潮解，介電常數(shù)低，優(yōu)良的電學(xué)穩(wěn)定性，可長期承受外加電壓

• 在高頻工作時，極低的振鈴效應(yīng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于BBO電光Q的振鈴效應(yīng)

RTP晶體電光Q型號定義規(guī)則：
  型號：Ty ‐ D ‐ O ‐ Cr ‐ L ‐ E ‐ W
  Ty ‐ 晶體類別: R (RTP)
  D ‐ 電光器件: Q (電光Q)，M  (雙晶體結(jié)構(gòu))，或S  (單晶體結(jié)構(gòu))
  O ‐ 晶體切割方向: X  / Y / Z
  Cr ‐ 晶體截面 [mm]
  L ‐ 晶體長度 [mm]
  E ‐ 消光比20/23/25/30 [dB]
  W ‐ 工作激光波長  [nm]

典型電光Q開關(guān)晶體尺寸和半波電壓(外觀尺寸圖)