摘要：眾所皆知，具有非中心對稱的非線性雙折射晶體（或其他光學介質）被施加定向的電場後，其雙折射光學性質會隨著電場的調製發生變化。為銘記德國著名科學家Friedrich Pockel，這種折射率變化和電場成線性關係的電光效應被稱作普克爾（Pockles）效應；施加了調製電壓的非線性晶體器件一般被稱作普克爾盒，且被廣泛應用於電光調Q雷射器和脈衝選擇器中。普克爾盒中被廣泛應用的非線性晶體包括KD*P, BBO,LiNbO3, KTP等。本文將從技術層面，基於調Q和脈衝選擇兩個功能，就此器件的應用屬性做較為詳細的介紹。
圖一 電光調Q雷射器
一、工作原理簡介
（1）電光調Q
一臺典型的電光調Q脈衝雷射器（參照圖一），其核心部件包括雷射腔、電光調製系統、偏振片等。當普克爾盒在零電壓情況下，由於腔內四分之一波片的存在，雷射腔處於高損耗低Q值的狀態；相反的，當施加外電壓，脈衝往返經過普克爾盒，偏振發生90度翻轉，此時雷射腔處於低損耗高Q值的狀態，可實現雷射振蕩。為達到預期的實驗結果，此過程中，需要精確調節普克爾盒的姿態，保證雷射的傳播方向和晶體的光軸嚴格的平行，以達到偏振嚴格反轉90度的效果。否則非但完不成調Q最佳效果，甚至會因輸出能量降低，時間質量退化，從而造成光學元件的損傷。
圖二 脈衝選擇器
（2）脈衝選擇
使用普克爾盒和格蘭稜鏡的組合，也可以實現脈衝重複頻率調節或者指定脈衝的選擇，具體原理參考圖二。高重複頻率的脈衝序列經過普克爾盒，通過控制普克爾盒電壓信號的重複頻率、時間延時和脈衝寬度，以確保電壓的時間窗口落在需要的信號脈衝上。此過程中，需保證僅此脈衝的偏振方向發生變化，而其它的脈衝偏振不發生改變，使用格蘭稜鏡等偏振選擇器件可將所需要的脈衝準確的選擇出來。
二、安全操作
（1）人身安全
強烈建議調光過程中佩戴雷射防護鏡。尤其是在偏振片調節進行中，反射光束可能會沿豎直方向反射。就安全性講，此操作中應儘量設置光束向下方反射。於此同時，使用安全擋光板亦可避免潛在的眼損傷。
（2）高壓安全
儘量避免帶電操作普克爾盒；
正常運行過程中，需要蓋上頂蓋，防止誤碰高壓電路。
三、普克爾盒調節技巧
（1）發散光束在雙折射晶體中的傳播
基於雙折射晶體的各向異性特點，發散光束在其中傳播時所經歷的相位變化具有角對稱的特性，若在其後放置一個偏振片，在多角度上會形成幹涉條紋。此過程中，尤需注意兩個特殊方向，晶體的o軸和e軸，這兩個方向上傳播的光束偏振不發生改變，最終光斑的分布為典型的Isogyre形狀。普克爾調節的核心技巧就是產生一個發散光束，然後以透過光斑的的相對位置或者對稱性分布為參考，以此衡量是否調節得當。
圖三 兩種典型的Isogyre形狀
無正交偏振片的分布（左） 正交偏振片後方分布（右）
（2）調Q雷射器中的普克爾盒調節
如圖一所示，在安裝或者優化調Q雷射器中普克爾盒的時候：
首先保證光束儘量通過普克爾盒的中心，避免切光。
其次，使用一臺He-Ne雷射器或LD光源通過一張鏡頭紙得到一個發散的光束。
在普克爾盒後方放置一個和腔內偏振片正交的選偏器件。將一張卡片置於普克爾盒的後方，若不通過正交偏振片直接觀測，圖三中左圖亦可作為判斷依據。調節普克爾盒的兩個旋鈕（Pitch和Yaw）使其直接透過光在十字叉線的正中心。如果在正交偏振片的後方觀測，則圖三中的右圖作為判斷依據，同樣的，調節Pitch和Yaw旋鈕，使得正交的整個圖樣儘量對稱，十字叉線呈對稱分布。
調節完成普克爾的姿態後，切記將外加的雷射光源移除或遮擋，然後取出外加的鏡頭紙和偏振片。
雷射器運行以後，可進一步調節普克爾盒的姿態，以保證調Q電壓零施加狀態下，腔內無雷射產生。
可通過調節普克爾盒的電壓和時間延時來優化輸出雷射能量和脈衝形狀。
（3）脈衝選擇器中的普克爾盒調節
脈衝選擇器中的普克爾盒姿態調節方法和上述方法完全一致，可使用實際工作雷射器，無需藉助外在光源。因已具備兩片正交偏振元件，所以只需外加一片鏡頭紙即可。
四、參考文獻
Thibault Dartigalongue and François Hache, "Precise alignment of a longitudinal Pockels cell for time-resolved circular dichroism experiments," J. Opt. Soc. Am. B 20, 1780-1787 (2003)
「POCKELS CELL ALIGNMENT IN A Q-SWITCHED LASER」, GOOCH & HOUSEGO 公司產品手冊
Nisperuza, Daniel & Botero, G & Bastidas, Alvaro. (2010). Precise alignment of a longitudinal Pockels cell for Q-switch operation Nd:YAG laser. Revista Cubana de Física. 27. 63-65.
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