ในทางทัศนศาสตร์ปรากฏการณ์พ็อกเคลส์หรือปรากฏการณ์อิเล็กโทรออปติกของพ็อกเคลส์คือการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นที่ขึ้นอยู่กับทิศทางในดัชนีหักเหของตัวกลางทางแสงซึ่งเกิดขึ้นเพื่อตอบสนองต่อการประยุกต์ใช้สนามไฟฟ้าชื่อนี้ตั้งตามชื่อของนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันฟรีดริช คาร์ล อัลวิน พ็อกเค ลส์ ผู้ศึกษาปรากฏการณ์นี้ในปี 1893 ^{[ 1 ] [ 2 ]}ปรากฏการณ์เคอร์ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในดัชนีหักเหในอัตราส่วนที่แปรผันตรงกับกำลังสองของสนามไฟฟ้าที่ใช้ ในตัวกลางทางแสง ปรากฏการณ์พ็อกเคลส์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการหักเหสองทิศทางซึ่งแปรผันตามสัดส่วนของความแรงของสนามไฟฟ้าที่ใช้

ปรากฏการณ์ Pockels เกิดขึ้นในผลึกที่ขาดสมมาตรแบบผกผันเช่น โมโน _{โพแทสเซียม}ฟอสเฟต ( KH₂PO₄ , ตัวย่อ KDP), _{โพแทสเซียม}ไดดิวเทอเรียมฟอสเฟต₍ KD₂PO₄ , ตัวย่อ KD*P หรือ DKDP), _ลิเธียมไนโอเบต₍ LiNbO₃ ) , เบตาแบเรียมโบเรต (BBO), แบเรียมไททาเนต (BTO) และในสื่อที่ไม่สมมาตรแบบศูนย์กลางอื่นๆ เช่น โพลิเมอร์หรือแก้วที่ถูกโพลาไรซ์ด้วยสนามไฟฟ้า ปรากฏการณ์ Pockels ได้รับการอธิบายผ่านการศึกษาคุณสมบัติทางไฟฟ้าเชิงแสงในวัสดุต่างๆ เช่น KDP อย่างกว้างขวาง^{[ 3 ]}

ส่วนประกอบสำคัญของเซลล์พ็อกเกลส์คือผลึกเดี่ยวที่ไม่สมมาตรแบบจุดศูนย์กลางที่มีแกนแสงซึ่งดัชนีหักเหถูกควบคุมโดยสนามไฟฟ้าภายนอก กล่าวอีกนัยหนึ่ง ปรากฏการณ์พ็อกเกลส์เป็นพื้นฐานของการทำงานของเซลล์พ็อกเกลส์ โดยการควบคุมดัชนีหักเห ความหน่วงทางแสงของผลึกจะเปลี่ยนแปลงไป ทำให้สถานะโพลาไรเซชันของลำแสงตกกระทบเปลี่ยนไป ดังนั้น เซลล์พ็อกเกลส์จึงถูกใช้เป็นแผ่นคลื่น ควบคุมแรงดันไฟฟ้า รวมถึงการใช้งานด้านโฟโตนิกส์อื่นๆ ดู รายละเอียด การใช้งานได้ในส่วนการใช้งานด้านล่าง เซลล์พ็อกเกลส์แบ่งออกเป็นสองรูปแบบขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางไฟฟ้าเชิงแสงของผลึก ได้แก่ แบบตามยาวและแบบตามขวาง

เซลล์พ็อคเคลส์แบบตามยาวทำงานโดยใช้สนามไฟฟ้าที่วางตามแนวแกนแสงของผลึกหรือตามแนวการแพร่กระจายของลำแสงตกกระทบ ผลึกดังกล่าวได้แก่ KDP, KD*P และ ADP อิเล็กโทรดเคลือบเป็นฟิล์มโลหะออกไซด์โปร่งใสบนหน้าผลึกที่ลำแสงผ่าน หรือเป็นวงแหวนโลหะ (โดยทั่วไปทำจากทองคำ) เคลือบรอบตัวผลึก ขั้วต่อสำหรับจ่ายแรงดันไฟฟ้าจะสัมผัสกับอิเล็กโทรด ค่าการหน่วงแสง_Δφ สำหรับเซลล์พ็อคเคลส์แบบตามยาวเป็นสัดส่วนโดยตรงกับดัชนีหักเหปกติn₀ _,ค่าคงที่ทางไฟฟ้าเชิงแสงr₆₃ (หน่วยเป็น m/V) และแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย_V และเป็นสัดส่วนผกผันกับความยาวคลื่นของลำแสงตกกระทบλ₀ ตัวอย่างเช่น แรงดันไฟฟ้าครึ่งคลื่นอยู่ที่ประมาณ 7.6 kV สำหรับ ผลึกKDP ที่มีn₀ ₌ 1.51, r₆₃ ₌10.6 × 10 ⁻¹²  m/Vที่λ ₀และ Δφ = π ^{[ 4 ]}ข้อดีของการใช้เซลล์ Pockels ตามยาวคือความต้องการแรงดันไฟฟ้าสำหรับการหน่วงคลื่นหนึ่งในสี่หรือครึ่งคลื่นไม่ขึ้นอยู่กับความยาวหรือเส้นผ่านศูนย์กลางของผลึก

เซลล์ Pockels แบบขวางทำงานโดยใช้สนามไฟฟ้าที่ตั้งฉากกับการแพร่กระจายของลำแสง ผลึกที่ใช้ในเซลล์ Pockels แบบขวาง ได้แก่ BBO, LiNbO3 , _CdTe , ZnSeและCdSe [ 5 ^{]ด้านยาว} ของผลึกเคลือบด้วยอิเล็กโทรด ค่าความหน่วงเชิงแสงΔφสำหรับเซลล์ Pockels แบบขวางจะคล้ายกับเซลล์ Pockels แบบตามยาว แต่ขึ้นอยู่กับขนาดของผลึก ความต้องการแรงดันไฟฟ้าหนึ่งในสี่คลื่นหรือครึ่งคลื่นจะเพิ่มขึ้นตามขนาดช่องเปิดของผลึก แต่ความต้องการเหล่านี้สามารถลดลงได้โดยการยืดผลึกให้ยาวขึ้น

สามารถรวมผลึกสองชิ้นขึ้นไปเข้าไว้ในเซลล์ Pockels แบบขวางได้ เหตุผลหนึ่งคือเพื่อลดความต้องการแรงดันไฟฟ้าโดยการขยายความยาวโดยรวมของเซลล์ Pockels อีกเหตุผลหนึ่งคือข้อเท็จจริงที่ว่า KDP เป็นผลึกแบบสองแกนและมีค่าคงที่ทางไฟฟ้าเชิงแสงสองค่า คือr ₆₃สำหรับการจัดเรียงตามยาวและr ₄₁สำหรับการจัดเรียงตามขวาง เซลล์ Pockels แบบขวางที่ใช้ KDP (หรือไอโซมอร์ฟของมัน) ประกอบด้วยผลึกสองชิ้นในทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งรวมกันแล้วจะให้แผ่นคลื่นลำดับศูนย์เมื่อปิดแรงดันไฟฟ้า ซึ่งมักจะไม่สมบูรณ์แบบและเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ แต่การจัดเรียงทางกลของแกนผลึกนั้นไม่สำคัญมากนักและมักทำด้วยมือโดยไม่ต้องใช้สกรู ในขณะที่การจัดเรียงที่ไม่ถูกต้องจะนำไปสู่พลังงานบางส่วนในรังสีที่ผิด (เช่นeหรือo  – เช่น แนวนอนหรือแนวตั้ง) ซึ่งแตกต่างจากกรณีตามยาว การสูญเสียจะไม่ถูกขยายผ่านความยาวของผลึก

การจัดเรียงแกนผลึกให้ตรงกับแกนรังสีมีความสำคัญอย่างยิ่ง ไม่ว่าจะอยู่ในรูปแบบใดก็ตาม การจัดเรียงที่ไม่ตรงกันจะนำไปสู่การหักเหของแสงสองทิศทางและการเปลี่ยนแปลงเฟสอย่างมากตลอดความยาวของผลึก ซึ่งจะนำไปสู่การหมุนของโพลาไรเซชัน หากการจัดเรียงไม่ขนานหรือตั้งฉากกับโพลาไรเซชันอย่างแม่นยำ

เนื่องจากค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสัมพัทธ์ สูง εr _≈ 36 ภายในผลึก การเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าจึงแพร่กระจายด้วยความเร็วเพียงc /6 เท่านั้น เซลล์แบบไม่ใช้ใยแก้วนำแสงที่มีความเร็วสูงจึงถูกฝังอยู่ในสายส่งที่เข้าคู่กัน การวางไว้ที่ปลายสายส่งจะทำให้เกิดการสะท้อนและเวลาในการสลับเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า สัญญาณจากตัวขับจะถูกแยกออกเป็นเส้นขนานที่นำไปสู่ปลายทั้งสองข้างของผลึก เมื่อเส้นเหล่านี้มาบรรจบกันในผลึก แรงดันไฟฟ้าของพวกมันจะรวมกัน เซลล์ Pockels สำหรับใยแก้วนำแสงอาจใช้การออกแบบคลื่นเดินทางเพื่อลดความต้องการกระแสไฟฟ้าและเพิ่มความเร็ว

ผลึกที่ใช้งานได้ยังแสดงปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริกในระดับหนึ่ง^{[ 6 ]} ( RTP ( RbTiOPO ₄ ) มีค่าต่ำที่สุดBBOและลิเธียมไนโอเบตมีค่าสูงสุด) หลังจากแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง คลื่นเสียงจะเริ่มแพร่กระจายจากด้านข้างของผลึกไปยังตรงกลาง สิ่งนี้มีความสำคัญไม่ใช่สำหรับตัวเลือกพัลส์แต่สำหรับหน้าต่างกล่องช่องว่างป้องกันระหว่างแสงและพื้นผิวของผลึกจำเป็นต้องมีขนาดใหญ่ขึ้นสำหรับเวลาการคงอยู่ที่ยาวนานขึ้น ด้านหลังคลื่นเสียง ผลึกจะยังคงเสียรูปในตำแหน่งสมดุลสำหรับสนามไฟฟ้าสูง ซึ่งจะเพิ่มการโพลาไรเซชัน เนื่องจากปริมาตรโพลาไรซ์ที่เพิ่มขึ้น สนามไฟฟ้าในผลึกด้านหน้าคลื่นจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรง หรือตัวขับจะต้องให้กระแสรั่วไหลคงที่

เซลล์พ็อคเกลส์ (Pockels cell) ตามการออกแบบแล้วคือตัวเก็บประจุและมักต้องการแรงดันไฟฟ้าสูงเพื่อเปลี่ยนสถานะโพลาไรเซชันของลำแสงเลเซอร์ให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในฐานะแผ่นคลื่นที่สลับได้ แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์พ็อคเกลส์ ความยาวคลื่นของแสง และขนาดของผลึก แต่โดยทั่วไปแล้ว ช่วงแรงดันไฟฟ้าจะอยู่ในช่วง 1–10 กิโลโวลต์ ตัวขับเซลล์พ็อคเกลส์จะให้แรงดันไฟฟ้าสูงนี้ในรูปของพัลส์ที่เร็วมาก ซึ่งโดยทั่วไปจะมีเวลาเพิ่มขึ้นน้อยกว่า 10 นาโนวินาที

โดยพื้นฐานแล้ว ตัวขับเลเซอร์มีสองประเภท: ประเภทแรกคือ ตัวขับแบบเร็ว หรือ Q drive ซึ่งมีเวลาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แล้วค่อยๆ ลดลงอย่างช้าๆ เซลล์ Pockels ที่ใช้ Q-drive บางครั้งเรียกว่า Q-switch ประเภทที่สองคือ ตัวขับแบบสร้างใหม่ หรือ R drive R drive จะมีเวลาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและเวลาลดลงอย่างรวดเร็ว ความกว้างของพัลส์เอาต์พุตของตัวขับอาจมีตั้งแต่ระดับนาโนวินาทีถึงไมโครวินาที ขึ้นอยู่กับการใช้งาน ประเภทของตัวขับและอัตราการทำซ้ำจะขึ้นอยู่กับเลเซอร์และการใช้งานที่ต้องการ

เซลล์ Pockels ถูกนำมาใช้ในงานทางวิทยาศาสตร์และเทคนิคที่หลากหลาย เซลล์ Pockels เมื่อรวมกับโพลาไรเซอร์ สามารถใช้สำหรับการสลับระหว่างสถานะโพลาไรเซชันเริ่มต้นและการหน่วงเฟสครึ่งคลื่น ทำให้เกิดชัตเตอร์เร็วที่สามารถ "เปิด" และ "ปิด" ได้ในระดับนาโนวินาทีเทคนิคเดียวกันนี้สามารถใช้เพื่อบันทึกข้อมูลลงบนลำแสงโดยการปรับการหมุนระหว่าง 0° และ 90° ความเข้ม ของลำแสงที่ออกมา เมื่อมองผ่านโพลาไรเซอร์ จะมี สัญญาณ ที่ปรับแอมพลิจูดสัญญาณที่ปรับนี้สามารถใช้สำหรับการวัดสนามไฟฟ้าแบบเวลาจริงเมื่อผลึกสัมผัสกับสนามไฟฟ้าที่ไม่ทราบค่า^{[ 7 ] [ 8 ]}

เซลล์พ็อกเกลส์ถูกใช้เป็นสวิตช์ Qเพื่อสร้างพัลส์เลเซอร์ที่มีความเข้มสูงและสั้น เซลล์พ็อกเกลส์ป้องกันการขยายสัญญาณแสงโดยการเหนี่ยวนำการสูญเสียที่ขึ้นอยู่กับโพลาไรเซชันในโพรงเลเซอร์ ซึ่งช่วยให้ตัวกลางขยายสัญญาณมีการผกผันของประชากร สูง เมื่อตัวกลางขยายสัญญาณมีการผกผันของประชากร ตามที่ต้องการ เซลล์พ็อกเกลส์จะถูก "เปิด" และจะสร้างพัลส์เลเซอร์พลังงานสูงที่มีความถี่สั้น เลเซอร์แบบสวิตช์ Q ถูกนำไปใช้ในหลากหลายแอปพลิเคชัน เช่น ความงามทางการแพทย์ การวัด การผลิต และโฮโลแกรม

การเลือกพัลส์เป็นอีกแอปพลิเคชันหนึ่งที่ใช้เซลล์ Pockels โดยทั่วไปแล้วตัวเลือกพัลส์จะประกอบด้วยออสซิลเลเตอร์ ตัวปรับสัญญาณอิเล็กโทรออปติก แอมพลิฟายเออร์ ตัวขับแรงดันสูง และตัวปรับสัญญาณแบบเพิ่มความถี่เป็นสองเท่า พร้อมกับเซลล์ Pockels ^{[ 9 ]}เซลล์ Pockels สามารถเลือกพัลส์จากกลุ่มที่เหนี่ยวนำด้วยเลเซอร์ ในขณะที่ปิดกั้นส่วนที่เหลือโดยการสลับอิเล็กโทรออปติกแบบซิงโครไนซ์

เซลล์ Pockels ยังใช้ในเครื่องขยายสัญญาณแบบสร้างใหม่การขยายสัญญาณพัลส์แบบชิปและการระบายโพรงเพื่อให้พลังงานแสงเข้าและออกจากเลเซอร์และเครื่องขยายสัญญาณแสง^{[ 10 ]}

เซลล์ Pockels สามารถใช้สำหรับการกระจายกุญแจควอนตัมโดยการ ทำให้ โฟตอนเกิดการโพลาไร ซ์ ได้

เซลล์ Pockels เมื่อรวมกับองค์ประกอบ EO อื่นๆ สามารถนำมาประกอบกันเพื่อสร้างโพรบอิเล็กโทรออปติกได้

เซลล์ Pockels ใช้ในกล้องจุลทรรศน์แบบสองโฟตอนเพื่อปรับความเข้มของเลเซอร์ที่ส่งผ่านในช่วงเวลาไมโครวินาที^{[ 11 ]}

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เซลล์ Pockels ถูกนำมาใช้ที่National Ignition Facilityซึ่งตั้งอยู่ที่Lawrence Livermore National Laboratoryเซลล์ Pockels แต่ละเซลล์สำหรับเลเซอร์ 1 ใน 192 ตัว ทำหน้าที่เป็นกับดักแสงก่อนที่จะผ่านเครื่องขยายสัญญาณ ลำแสงจากเลเซอร์ทั้ง 192 ตัวจะมาบรรจบกันที่เป้าหมายเดียวคือเชื้อเพลิงดิวเทอเรียม-ทริเทียม โดยหวังว่าจะกระตุ้นปฏิกิริยาฟิวชัน^{[ 12 ]}

• ตัวปรับสัญญาณอิเล็กโทรออปติก
• ตัวปรับสัญญาณอะคูสโตออปติก
• ผลกระทบเคอร์