背景
對于大多數(shù)常規(guī)應(yīng)用（如Q開關(guān)和激光束調(diào)制），標(biāo)準(zhǔn)EM500和EM500M系列縱向普克爾盒完全能夠滿足需求。配合合適的電驅(qū)動波形，這些器件可輕松實(shí)現(xiàn)500皮秒及以上的上升時(shí)間。實(shí)際上，在大多數(shù)系統(tǒng)中，電脈沖發(fā)生器對普克爾盒負(fù)載電容的充電時(shí)間是主要限制因素，因此典型上升時(shí)間通常在3至5納秒量級。
然而某些應(yīng)用需要極快的上升時(shí)間，這正是我們UPC系列的設(shè)計(jì)優(yōu)勢所在。對于脈沖挑選（即從高重復(fù)頻率脈沖序列中選出一個(gè)或多個(gè)相鄰脈沖，尤其是鎖模激光脈沖），上升時(shí)間要求通常基于生成數(shù)納秒寬度的時(shí)域閘門，因此納秒量級的上升/下降時(shí)間已足夠。但隨著鎖模激光源的重復(fù)頻率普遍超過100MHz，更短的時(shí)間窗口需求正日益增長。
在脈沖切片應(yīng)用中，要求則更為嚴(yán)苛。不僅需要生成亞納秒級的超短脈沖，還必須確保輸出光脈沖的時(shí)間波形非常純凈，無過沖或振鈴效應(yīng)。這要求普克爾盒在寬頻范圍內(nèi)與電驅(qū)動源的阻抗實(shí)現(xiàn)良好匹配。此時(shí)普克爾盒的電容參數(shù)反而次要，因?yàn)檎麄€(gè)電系統(tǒng)必須采用傳輸線技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
UPC的獨(dú)特之處何在？首先，其電氣參數(shù)嚴(yán)格匹配50Ω阻抗——這是大多數(shù)超快上升時(shí)間驅(qū)動器的標(biāo)準(zhǔn)特性。這種設(shè)計(jì)能有效避免波形畸變，并最大限度減少電纜反射導(dǎo)致的延時(shí)重觸發(fā)問題。市面上多數(shù)采用50Ω射頻接口的普克爾盒，其實(shí)僅是為了連接便利性（及安全性）考慮。例如我們的EM500系列采用耐壓超過10kV的HV-BNC接口，但其內(nèi)部連接存在微量串聯(lián)電感，無法實(shí)現(xiàn)真正的50Ω匹配。需說明的是，這并不影響常規(guī)Q開關(guān)應(yīng)用的性能，僅在超快開關(guān)應(yīng)用中可能引發(fā)亞納秒級的內(nèi)部反射。
UPC的解決方案是采用特殊構(gòu)型電極，并通過匹配腔體內(nèi)徑，使小尺寸電連接端到KD*P晶體環(huán)形電極的過渡段保持阻抗連續(xù)性。這種設(shè)計(jì)為驅(qū)動電路提供了潔凈的電氣接口，將內(nèi)部反射降至最低。
但僅確保電脈沖快速進(jìn)出還不夠。KD*P的介電常數(shù)極高（約50），導(dǎo)致電波前在光學(xué)孔徑內(nèi)的傳播速度相對”緩慢”。因此大孔徑與超快開關(guān)存在本質(zhì)矛盾——大孔徑普克爾盒無法實(shí)現(xiàn)超快開關(guān)。UPC通過采用6mm直徑晶體，在保持約5mm適中孔徑的同時(shí)，實(shí)測上升時(shí)間<150ps（客戶實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)），實(shí)現(xiàn)了性能平衡。
基于KD*P晶體的UPC在0.3-1.2μm波長范圍內(nèi)具有優(yōu)異透光性，適用于從紫外到近紅外的幾乎所有主流激光器，尤其針對800nm為中心的鈦寶石激光應(yīng)用。需注意，開關(guān)電壓隨波長線性增加，驅(qū)動功率需求則與波長平方成正比。由于高壓驅(qū)動器成本幾乎同比例增長，降低驅(qū)動電壓對控制系統(tǒng)成本至關(guān)重要。常見方案是讓激光束兩次通過普克爾盒，此時(shí)僅需1/4波電壓而非1/2波。雖然該技術(shù)對超短脈沖生成有限制，但仍適用于脈沖挑選。更通用的方案是采用雙KD*P晶體光學(xué)串聯(lián)、電氣并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，使每個(gè)晶體僅需3.6kV（1064nm波長下）的1/4波電壓?？紤]到快上升沿驅(qū)動波形生成的難度，降低電壓需求尤為重要，因此UPC提供單晶和雙晶兩種版本。
關(guān)于UPC型普克爾盒的具體應(yīng)用，請參閱上文《應(yīng)用指南》并致電咨詢。
應(yīng)用領(lǐng)域
脈沖切片是UPC最典型的應(yīng)用場景。許多情況下，用戶需要利用低噪聲、窄線寬的激光脈沖作為起點(diǎn)——這類脈沖因Q開關(guān)振蕩器結(jié)構(gòu)限制往往長達(dá)數(shù)納秒。將UPC置于交叉偏振器之間，可輕松將光脈沖寬度壓縮至數(shù)百皮秒，同時(shí)保持峰值功率。經(jīng)后續(xù)放大后，產(chǎn)生的脈沖持續(xù)時(shí)間既難以通過Q開關(guān)或腔倒空等其他技術(shù)實(shí)現(xiàn)，又比鎖模激光產(chǎn)生的脈沖長得多。
UPC另一優(yōu)勢應(yīng)用是從超高頻鎖模源中進(jìn)行脈沖挑選。我們已成功演示從1.5GHz激光振蕩器中選取單個(gè)脈沖或最多210個(gè)連續(xù)脈沖組，用于測試電子束粒子加速器的光陰極電子脈沖生成。由于光脈沖間隔僅約667ps，普克爾盒需生成極短的光學(xué)閘門——其約200ps的響應(yīng)時(shí)間使之游刃有余。
UPC在去除預(yù)放大飛秒激光脈沖鏈中的前脈沖和放自發(fā)輻射(ASE)方面同樣表現(xiàn)出色，這對注入多程放大器進(jìn)行TW/PW級極端放大前的預(yù)處理至關(guān)重要。通常將普克爾盒置于第一或第二級放大器（一般為再生放大器）后，此處雖可獲得焦耳級脈沖，但主光脈沖前后1-3ns范圍內(nèi)常存在雜散信號及噪聲基底。若不處理，這些偽信號將在放大器非線性增益過程中被優(yōu)先放大，不僅消耗泵浦能量，還會在主脈沖到達(dá)前對靶材造成預(yù)熱，影響高能實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。
