波克尔斯效应

波克尔斯效应或波克尔斯电光效应，以弗里德里希-卡尔-阿尔温-波克尔斯（1893年研究该效应）命名，在电场诱导下改变或产生光学介质的双折射。

在波克尔斯效应中，也被称为线性电光效应，双折射与电场成正比。在克尔效应中，折射率的变化（双折射）与电场的平方成正比。

波克尔效应只发生在缺乏反转对称性的晶体中，如KH2PO4（KDP）、KD2PO4（KD*P或DKDP）、铌酸锂（LiNbO3），以及其他非中心对称介质中，如电场极化聚合物或玻璃。

多年来，人们对像KDP及其同构体这样的材料的电光特性进行了广泛的研究，以便为模拟提供准确的模型。

波克尔斯电池是电压控制的波板。波克尔斯效应是波克尔斯电池运行的基础。帕克尔斯电池可用于旋转通过的光束的偏振。用途见下面的应用。

横向帕克尔斯电池由两个方向相反的晶体组成，当电压关闭时，它们一起给出一个零阶波板。这通常不是完美的，并随着温度的变化而漂移。但晶体轴的机械对准并不那么关键，通常用手工完成，不需要螺丝；虽然错位会导致一些能量进入错误的射线（e或o–例如，水平或垂直），但与纵向的情况相比，损失不会通过晶体的长度放大。电场可以施加在晶体介质上，既可以是纵向的，也可以是横向的光束。

纵向的Pockels电池需要透明或环形电极。横向的电压要求可以通过加长晶体来减少。晶体轴与射线轴的对准是至关重要的。错位会导致双折射和整个长晶体的大相移。

如果排列不完全平行或垂直于偏振，这将导致偏振旋转。

由于晶体内的相对介电常数εr≈36，电场的变化仅以c/6的速度传播。因此，快速非光纤单元被嵌入到一个匹配的传输线中。把它放在传输线的末端会导致反射和加倍的开关时间。

来自驱动器的信号被分割成平行线，通向晶体的两端。当它们在晶体中相遇时，它们的电压相加。用于光纤的Pockels电池可能采用行波设计，以减少电流要求并提高速度。可用的晶体也在一定程度上表现出压电效应（RTP最低，BBO和铌酸锂很高）。

在电压变化后，声波开始从晶体的两侧向中间传播。这一点不是对脉冲采光器很重要，而是对箱形窗很重要。为了延长保持时间，光和晶体表面之间的守卫空间需要更大。

在声波后面，晶体保持在高电场的平衡位置上变形。这增加了偏振。

由于极化体积的增长，波前的晶体中的电场线性增加，否则驱动器必须提供一个恒定的电流泄漏。

驱动器必须承受返回给它的加倍电压。波克尔电池的行为像一个电容器。当把这些电池切换到高电压时，需要一个高电荷；因此，3ns的开关对于5mm的孔径需要大约40A。更短的电缆减少了在向电池输送电流时浪费的电荷量。

驱动器可以采用许多平行和串行连接的晶体管。晶体管是浮动的，需要对其栅极进行直流隔离。为此，栅极信号通过光纤连接，或者栅极由大型变压器驱动。

在这种情况下，需要仔细补偿反馈以防止振荡。驱动器可以采用晶体管和三极管的级联。

在一个经典的商业电路中，最后一个晶体管是IRF830MOSFET，三极管是EimacY690三极管。带有单个三极管的设置具有最低的容量；这甚至证明了通过施加双倍电压关闭电池的合理性。

在这种情况下，电网电流为8A，因此输入阻抗为50欧姆，这与标准的同轴电缆相匹配，因此可以将MOSFET置于远程。50欧姆中的一部分用在一个额外的电阻上，该电阻将偏置拉到-100V。它可以提供18A的脉冲电流。