BBO 普克爾盒（Pockels Cells）
用于高重復頻率 Q 開關 & 高功率脈沖挑選
為何選擇 BBO 作為電光材料？
在眾多電光材料中，BBO 因其高功率耐受性成為高能激光系統的首選，其優勢包括：
- 寬光譜透明窗口（200nm ~ 2μm以上）
- 覆蓋紫外（UV）到近紅外（IR），適用于?266nm、355nm、1064nm、1550nm?等常見激光波長。
- 超高損傷閾值
- >3GW/cm2 @1064nm（1ns 脈沖），遠超其他材料（如 LiNbO? 或 KD*P）。
- 可承受數百瓦平均功率，功率密度達?kW/cm2 級。
- 低壓電諧振效應
- 支持?50kHz~100kHz 的 Q 開關，脈沖挑選應用可達?>5MHz（受驅動器限制）。
BBO 與 RTP 的對比
| 特性 | BBO | RTP（磷酸鈦氧銣） |
|---|---|---|
| 光傳播方向 | 沿晶體光軸（Z 方向） | 沿 X 或 Y 方向（存在雙折射） |
| 靜態雙折射 | 無（熱穩定性優異） | 需雙折射補償設計 |
| 消光比 | ~1,000:1 或更高（單晶） | 較低（需補償優化） |
| 半波電壓（Vπ） | 較高（需長晶體或雙晶串聯） | 較低（橫向場設計更靈敏） |
BBO 的局限性：高工作電壓
BBO 的電光系數較低，導致其半波電壓遠高于 RTP。例如：
- 3×3mm 截面 ×20mm 長的 BBO 晶體，1064nm 半波電壓約?7kV（同等尺寸 RTP 的 5 倍）。
- 解決方案：
- 采用雙晶串聯結構（無補償作用，僅疊加電壓效應）。
- 晶體尺寸限制：
- ≤5mm 孔徑：最大長度 25mm
- 5~12mm 孔徑：最大長度 20mm
- 更大孔徑：長度需進一步縮短
標準產品設計與封裝
- 封裝形式
- 標準款：35mm 直徑封裝，長度由晶體總長決定。
- 特殊款：
- 帶同軸接口（用于開放環境或直連驅動器）。
- 水冷型號（高平均功率場景）。
- 密封要求：
- BBO 具輕微吸濕性，需密封光學窗口（除非環境濕度嚴格控制）。
- 型號命名規則
- BBO-[孔徑(mm)]-[晶體長度(mm)]-AR[波長(nm)]
- 示例：
- BBO-4-25-AR1064：4mm 孔徑，25mm 長，1064nm 增透膜。
- BBO-6-40-AR800：6mm 孔徑，雙晶串聯（總長 40mm），800nm 增透膜。
- 示例：
- BBO-[孔徑(mm)]-[晶體長度(mm)]-AR[波長(nm)]
應用場景
- 高功率激光 Q 開關（Nd:YAG、光纖激光器）
- 超快激光脈沖挑選（再生放大、CPA 系統）
- 激光雷達（LiDAR）高速調制
- 科研級非線性光學實驗
為何 BBO 未全面取代其他材料？
盡管 BBO 性能卓越，但其高驅動電壓限制了部分應用。RTP 在低電壓需求場景（如小型化系統）中仍具優勢。
通用/典型性能指標
| 參數 | 數值/說明 |
|---|---|
| 透過率（如 1064nm） | >98.5%（低損耗，適合高功率激光系統） |
| 可選孔徑 | 標準孔徑：2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm 更大孔徑：可定制至 12mm* |
| 1064nm 半波電壓（Vπ） | 約 7kV（3×3×20mm 晶體）** 其他尺寸：電壓與孔徑成正比，與長度成反比 |
| 消光比 | >30dB（典型值）（高對比度，適用于精密調制） |
| 電容 | 5~10pF（典型值）（低容性負載，匹配高速驅動器） |
| 損傷閾值 | >1GW/cm2 @1064nm（10ns 脈沖）（超高抗損傷能力） |
| 適用波長范圍 | 220nm – 2,000nm* 更長波長可能因電壓限制需調整孔徑 |
