Приветствую! Давненько ничего не писали в блог, пришла пора это исправить. Сегодня речь пойдет о том, как просто и легко сделать корпус для ячейки Поккельса. Для тех, кто не в курсе: ячейка Поккельса - кристалл без центра симметрии, который обладает наведенным двулучепреломлением линейно зависящим от внешнего электрического поля. Теория наведенного двулучепреломления замудренная, рассматривают эллипсоиды показателя преломления, которые при подаче напряжения деформируются так, что разница между показателями преломления для обыкновенной и необыкновенной волн изменяетя.

Сразу замечу что, ячейка Поккельса для корректной работы требует от лазера линейной поляризации, например, в a-cut ванадате это выполняется автоматом, а вот в c-cut Nd:YVO или Nd:YAG [111] поляризация излучения круговая, так что придется ставить в резонатор поляризационный элемент. Также не следует путать ячейку Поккельса с электрооптическим затвором. Электрооптический затвор состоит из поляризатора и ячейки Поккельса, подробнее об этом напишу позже. С помошью Поккельса можно сделать электрооптический Q-switch, оптический аттенюатор, систему вырезания из гребенки лазерных импульсов, систему разгрузки резонатора, регенеративный уилитель и много еще чего полезного и прекрасного. Основное достоинство - бешеное быстродейтвие, ЭО эффект практически безинерционен, как Феррари.

Электрооптический эффект бывает поперечный и продольный. При поперечном, внешнее поле перпендикулярно распространению проходящего сквозь кристалл оптического излучения, при продольном - параллельно. При поперечном четвертьволновое напряжение не зависит от длины кристалла, при продольном - зависит. Впервые прозвучал странный термин, "четвертьволновое напряжение" - это такое напряжение, которое нужно приложить к кристаллу, чтобы набег фазы между О и Е волнами на выходе из кристалла составил 90град. Полуволновое напряжение - 180град, соотвественно полуволновое напряжение в 2 раза больше четвертьволнового, математика, однако!

Основная загвоздка электрооптики в том, что это самое четвертьволновое напряжение для типичного ЭО затвора порядка нескольких киловольт. А киловольты ребята суровые, чуть зазевался и БАЦ, готово - выносите. При работе с высокими напряжениями нужно иметь спец. допуск, дело это серьезное! Однако самураи сложностей не боятся, они учат матчасть, сдают экзамен и идут в бой. Есть правда и приятная новость, дело в том что при продольном ЭО эффекте увеличивая длину кристалла можно четвертьволновое напряжение снизить до разумных пределов, с таким вот кристаллом и будем иметь дело.

Основные кристаллы из которых изготавливают ячейки: DKDP - наиболее распространен, так как легко растится, обычно четвертьволновое напряжение порядка 3-4кВ, емкость около 6пФ, недостаток - из-за пьезоэлектрического эффекта сложно использовать при больших частотах (не более 10кГц), BBO - наоборот, хорош при больших частотах (сотни мегагерц), держит большую плотность мощности, но напряжение уже порядка 10кВ, LBO - промежуточный вариант, высокая плотность мощности, низкое напряжение при продольном эффекте, но увеличенная емкость, порядка 30пФ. Спрашивается, а в чем разница 6пФ или 30пФ, те кто разбирается в электронике сразу поймет, что изготовить схему, которая сможет быстро переключать киловольтные напряжения на емкостной нагрузке - это весьма сложная задача. Чаще всего Поккельсы применяются именно в качестве высокоскоростных оптических ключей, так что надеюсь все точки торчат над i.

От долгого вступления, перейдем поближе к теме. Итак у нас (мы - это "Кобра-Оптикс", великие и ужасные, но добрые внутри и жутко симпатишные) можно приобести замечательный Поккельс из ниобата лития, легированного оксидом магния. LBO:MgO. А зачем MgO? Устраняет эффект фоторефракции, т.е. изменения показателя преломления под действием лазерного излучения. И в качестве бонуса растет порог разрушения.

Ячейка Поккельса, LBO:MgO

Рис. 1. Ячейка Поккельса из ниобата лития.

Буду звать кристалл просто затвор, а то запарился писать длинное "ячейка Поккельса". Затвор просветлен на 1064нм, с нанесенными электродами из хрома/золота. А почему не чистое золото, спросите вы, жалко что ли? Да нет, не жалко. Просто у золота плохая адгезия к поверхности кристалла, поэтому сначала наносят хром, а потом его покрывают позолотой. Четверть волновое напряжение - 1200В, что весьма скромно и близко к народу, согласитесь.

Однако, чтобы суметь применить затвор на практике, нужно аккуратно и безопасно подвести к нему высокое напряжение. Опишу, как это можно легко сделать, на своем примере. Я изначально отказался от мысли паяться к контактам, хотя думаю это не сложно сделать легкоплавким припоем (температура должна быть низкая, а то кристалл может треснуть), так как не хотел портить товарный вид. Поэтому решил смастерить (из чего? правильно - из фольгированного текстолита, а вы небось подумали из говна и палок?) этакий корпус. Корпус это конечно слишком гордо, на деле это проводящие щечки с контактами. Однако конструкция сделана так, чтобы высокое напржяние было минимально доступно, дабы не шарахнуло, тушки лазеростроителей беречь надо, нас и так мало.

Итак берем текстолит, вырезаем заготовки. Размеры должны быть такими, чтобы влез кристалл, стяжные винты, контакты и была достаточная плоскость, на которой полученный бутерброд будет стоять в механической подвижке. Кладем щечки в хлорное железо, чтобы стравить лишнюю фольгу, фольга должна остаться только по центру, милиметров 10. Затем вырезаем буртики высотой около 2мм. Сверлим отвертия: 2 отверстия с подтаями под стяжные винты, 2 отверстия под контакты, 2 под провода.

Щечки корпусв ЭО затвора

Рис. 2. Щечки после травления, сверловки. Припаяны буртики, рядом контакты.

Припаиваем буртики, так чтобы сторона, к которой будет прижиматься кристалл была без фольги. См. рис. 2.

Сборка электрооптического затвора

Рис. 3. Закрепление контактов.

Нейлоновыми винтами крепим контакты на одну из щечек. Затем проводом МГТФ (лучше именно такой, у него нейлоновая оплетка, она спокойно держит высокие напряжения) соединяем контакты с медными полигонами.

Паям провода

Рис. 4. Соединяем контакты с медными полигонами.

Берем наш кристаллик, ставим его в центр, зажимаем между двумя щечками так, чтобы края поджимались буртикам и стягиваем полученный бутерброд винтами. Следует проследить чтобы винты не касались меди и были удалены от полигонов хотя бы на 2мм.

Поккельс в сборе

Рис. 5. Ячейка Поккельса в сборе.

Полученный бутерброд пережимать винтами не следует, хотя есть защита от дурака, текстолит гнется. Конструкция получилась весьма удачная. Торцы кристалла не торчат, поэтому сложно залапать руками. Кроме контактов на внешней стороне щечек нигде нет высокого напряжения. Можно конечно еще контакты как-то спрятать, но мне показалось это излишним. Полевые испытания показали, что данная конструкция работоспособна на 100%, легко ставится в подвижку, удобно подводить высокое напряжение. Так что вот, кому нужно - пользуйтесь. На правах рекламы - покупайте ячейки Поккельсы у нас (ООО "НТЦ "Кобра-Оптикс"), они у нас самые ячеистые и поккелеватые! А если серьезно, по вопросам приобретения электрооптики - обращайтесь по нашим контактам, мы всегда поможем подобрать кристалл под вашу задачу.

P. S. В процессе возни с Поккельсом в резонаторе выяснилось, что его еще надо уметь юстировать. То есть номер: поставил и полетело - не прокатит. С ним нужно уметь работать, его надо выставлять так, чтобы скомпенсировать начальное двулучепреломления кристалла (то есть при отсуствии внешнего эл. поля). Еще замечу, чтобы сделать например Q-switch нужен еще поляризатор. Я использовал тонкопленочный поляризатор, который опять же можно купить у нас (и нигде больше! самый тонкий, самый пленочный, специально для ВАС от ООО "НТЦ "Кобра-Оптикс"!)

Каталог