Kentech 普克尔盒驱动

Kentech 制造的许多纳秒级、亚纳秒脉冲发生器都适合驱动普克尔盒。普克尔斯盒在激光系统中有许多应用。普克尔盒驱动典型的应用包括基于电光调制的Q-switching (Q开关)、脉冲注入、激光脉冲拾取、腔倒空、激光斩波等

Kentech 普克尔斯盒驱动选型指导:

  • 对于纵向普克尔盒,需要更高的性能就需要提供更高的电压
  • 横向普克尔斯盒,对电压要求较低,但同时热稳定性与消光比都较差
  • 所需电压与波长成正比
  • 半波开关所需要的电压是四分一波开关所需电压的2倍
  • 双晶普克尔盒所需要的电压是单晶普克尔盒的一半,但是需要更多的材料,所以激光腔体很少采用
  • 普克尔盒驱动的价格通常与峰值功率、最高重频、上升速度成正比
  • 基于雪崩二极管的驱动可以提供快速的前沿,但不能保持宽的脉冲(驱动阻型负载)
  • 普克尔盒系统的上升沿与普克尔盒的电容、等效的充电电阻有关,但同时也需考虑驱动脉冲穿过晶体的传输时间,或者用电场填充晶体所需的时间;也就是即使普克尔盒等效电容足够小,也不可能拥有非常快的大孔径器件
  • 直通的负载具有更快的上升沿,但是需要更高的功率
  • 普克尔盒驱动的成本往往比普克尔盒本身高不少

Kentech普克尔盒驱动主要应用:"Q" switching

“Q”开关用于打开/关闭激光腔以允许/停止激光发射。虽然有多种方法,但通常使用普克尔斯盒。该盒将改变激光的偏振状态,当与偏振器结合时,将允许打开或关闭腔体或腔体倾倒或填充。如果在光到达分析仪之前盒经过两次,则可以使用四分之一波长开关。这不能像光必须两次通过盒那样快。在许多情况下,它是足够的,并且可以提供比单次通过的半波系统更低的电压驱动(因此便宜得多)。

在许多情况下,只需关闭腔体即可产生激光。在这些情况下,驱动器只需将高电压切换到地(或其他电平)。只有脉冲的一个边沿很重要。

对于再生放大器,可能需要更复杂的布置,因为必须从模式锁定序列中为激光器提供种子(因此可能需要脉冲拾取)。放大后,必须使用同一单元或第二个单元来清除腔体。再生建立时间可能长达一微秒或更长,并且需要此持续时间的低抖动延迟才能实现可重复操作。

一些用于普克尔盒的晶体具有显著的压电效应。当这种晶体上的电压快速变化时,材料中会产生应变。应变通常会在盒内产生双折射,从而抵消普克尔斯效应引起的双折射。在脉冲系统中,只需将施加脉冲的幅度增加到大于直流诱导延迟所需的幅度即可克服此影响。然而,在仅施加电压然后移除电压的简单系统中,快速移除会导致应变,并且盒可能在一段时间内不会恢复到其静止状态,这与声学时间尺度有关。为了克服这个问题,一些 Q 开关驱动器提供了超越地切换的可能性,即充电到某个电压 V,然后切换到 -ΔV。

腔内斩波

通过在“Q”开关腔内建立激光脉冲时对其进行斩波,可以产生比正常“Q”开关脉冲短得多的“Q”开关输出脉冲。这是腔倾卸的一种替代方法,在腔倾卸中,脉冲长度由腔往返时间决定。对于腔内斩波,脉冲长度由腔往返时间与施加到腔内普克尔斯盒的门脉冲长度之差决定。实际上,该盒用于在完全放大之前倾卸部分脉冲长度。结果产生更窄的脉冲,而没有腔外斩波的低效率。这项工作已由 Charlton & Ewart (Opt. Comm. 50,4, p241, 1984) 发表。我们可以为这种类型的工作构建合适的脉冲发生器。

腔外斩波

腔外斩波利用一对偏振器围绕普克尔盒,激光可通过快速高压驱动器快速斩波。这可产生低至约 100ps 的斩波脉冲(请咨询可能的加速方法)。腔外脉冲斩波的效率远不及腔内脉冲整形或脉冲压缩,例如布里渊背散射。然而,这是一种非常简单的技术,并且易于调整。Kentech 已构建适合在 1μm 下使用的系统,可在远程控制下从约 100ps 到 12ns 进行选通。

脉冲拾取和脉冲清理

脉冲拾取是从模式锁定序列中选择一个脉冲。模式锁定序列中的典型脉冲间隔为 7 到 12 纳秒,具体取决于所用模式锁定腔的长度。因此,为了挑选单个脉冲,可以使用额外的腔系统,脉冲在腔的两个往返时间内从零变为半波电压并回到零。峰值电压应与脉冲同步。虽然模式锁定序列中的脉冲通常低于 100ps,但用于脉冲拾取的门通常更接近两个往返时间。这意味着可以使用缓慢变化的驱动脉冲,并且时间变化不会对脉冲拾取器的传输产生很大影响。有时可能还需要脉冲清理,并且可能需要更短的门来去除主脉冲之间发生的序列中不需要的光脉冲。如果使用短门驱动器,时间将变得更加关键,并且需要将驱动器与腔的 RF 驱动器以及模式锁定序列的峰值同步(对于“Q”开关模式锁定系统)。 Kentech 可以为此目的提供合适的触发电路。

放大器阶梯隔离

通常需要满足这一要求才能停止放大受激辐射的积累。它将使用脉冲拾取器或额外腔斩波器等系统。通常,时间不太重要。如果通过系统传播的脉冲耗尽了放大器中的增益,则只需在脉冲之前减少传输即可。显然,栅极驱动脉冲必须至少与传播的光脉冲一样长时间保持平坦。

再生放大器的快速上升时间系统

使用三电极普克尔盒可完全解耦一对驱动器,而无需增加光学表面的数量。单独的驱动器可生成电池开启和关闭的快速边缘。

任意光波形发生器

现在许多激光系统都需要产生整形脉冲或使用整形驱动脉冲,以便尽可能高效地从放大器中提取能量。 Kentech 可以制造产生任意波形的脉冲系统,这些波形可应用于普克尔斯盒(或多个普克尔斯盒)以控制传输。典型的系统使用许多小型脉冲发生器,这些脉冲发生器的输出加上可编程定时和可能的可编程幅度。这样就可以建立任意波形。在某些情况下,可能需要在脉冲后使用清理系统,具体取决于应用和要求。