पॉकेल्स प्रभाव

पॉकेल्स विद्युत-दृष्टिगत प्रभाव, जिसे रैखिक विद्युत-दृष्टिगत प्रभाव के रूप में भी जाना जाता है, का नाम फ्रेडरिक कार्ल एल्विन पॉकेल्स के नाम पर रखा गया है जिन्होंने 1893 में प्रभाव का अध्ययन किया था। पॉकेल्स प्रभाव प्रकाशिक माध्यम के अपवर्तक सूचकांक में प्रत्यक्ष रूप से निर्भर रैखिक भिन्नता है, जो विद्युत क्षेत्र के अनुप्रयोग के उत्तर में होता है। गैर-रैखिक समकक्ष, केर प्रभाव, प्रारम्भ विद्युत क्षेत्र के वर्ग के आनुपातिक दर पर अपवर्तक सूचकांक में परिवर्तन का कारण बनता है। प्रकाशिक मीडिया में, पॉकेल्स प्रभाव  बायरफ्रेंसेंस में परिवर्तन का कारण बनता है जो प्रारम्भ विद्युत क्षेत्र की शक्ति के अनुपात में भिन्न होता है। पॉकेल्स प्रभाव क्रिस्टल में होता है जिसमें उलटा समरूपता की अर्घ्यी होती है, जैसे कि मोनोपोटेशियम फॉस्फेट, KH2 PO4 (KDP), KD2 PO4 (KD*P एवं DKDP), लिथियम निओबेट (LiNbO3), बीटा-बेरियम बोरेट (BBO) एवं अन्य गैर-सेंट्रोसिमेट्रिक मीडिया जैसे कि इलेक्ट्रिक-फील्ड पोलेड पॉलिमर या ग्लास, मोनोपोटेशियम फॉस्फेट जैसी सामग्रियों में विद्युत-दृष्टिगत गुणों के व्यापक अध्ययन के माध्यम से पॉकेल्स प्रभाव को स्पष्ट किया गया है।

पॉकेल्स कोशिकाएं
पॉकेल्स कोशिकाएं का प्रमुख घटक गैर-सेंट्रोसिमेट्रिक सिंगल क्रिस्टल है जिसमें दृष्टिगत अक्ष होता है जिसका अपवर्तक सूचकांक बाहरी विद्युत क्षेत्र द्वारा नियंत्रित होता है। दूसरे शब्दों में, पॉकेल्स प्रभाव, पॉकेल्स कोशिकाओं के संचालन का आधार है। अपवर्तक सूचकांक को नियंत्रित करके, क्रिस्टल की प्रकाशिक मंदता को परिवर्तित कर दिया जाता है जिससे घटना प्रकाश किरण की ध्रुवीकरण स्थिति परिवर्तित हो जाती है। इसलिए, पॉकेल्स कोशिकाओं का उपयोग वोल्टेज-नियंत्रित तरंग प्लेटो के साथ-साथ अन्य फोटोनिक्स अनुप्रयोगों के रूप में किया जाता है। पॉकेल्स कोशिकाओं को क्रिस्टल के विद्युत-दृष्टिगत गुणों के आधार पर दो विन्यासों में विभाजित किया जाता है, अनुदैर्ध्य एवं अनुप्रस्थ।

अनुदैर्ध्य पॉकेल्स कोशिकाएं क्रिस्टल दृष्टिगत अक्ष के साथ या घटना बीम प्रसार के साथ लगाए गए विद्युत क्षेत्र के साथ कार्य करती हैं। ऐसे क्रिस्टल में KDP, KD*P एवं ADP सम्मिलित हैं। विद्युतड क्रिस्टल मुख पर पारदर्शी धातु ऑक्साइड चलचित्र के रूप में लेपित होते हैं जहां बीम क्रिस्टल बॉडी के चारों ओर लेपित धातु के छल्ले (सामान्यतः सोने से बने) के माध्यम से विस्तृत होते हैं। वोल्टेज अनुप्रयोग के लिए टर्मिनल विद्युतड के संपर्क में हैं। अनुदैर्ध्य पॉकेल्स कोशिकाओं के लिए प्रकाशिक मंदता Δφ साधारण अपवर्तक सूचकांक संख्या विद्युत-दृष्टिगत स्थिरांक r63 (m/V की इकाइयां), एवं प्रारम्भ वोल्टेज वी एवं घटना बीम तरंग दैर्ध्य λ0 के व्युत्क्रमानुपाती के समानुपाती होता है। उदाहरण के लिए, केडीपी क्रिस्टल के लिए अर्द्ध तरंग वोल्टेज लगभग 7.6 KV है, जिसका कोई 1.51, r63 = 10.6X10-12 m/V λ0 पर एवं Δφ = π है। अनुदैर्ध्य पॉकेल्स कोशिकाओं का उपयोग करने का लाभ यह है कि चौथाई तरंग या अर्द्ध तरंग मंदता के लिए वोल्टेज की आवश्यकताएं क्रिस्टल की लंबाई या व्यास पर निर्भर नहीं होती हैं।

अनुप्रस्थ पॉकेल्स कोशिकाएं विद्युत क्षेत्र के साथ बीम प्रसार के लंबवत प्रारम्भ होती हैं। अनुप्रस्थ पॉकेल्स कोशिकाओं में प्रयुक्त क्रिस्टल में BBO, LiNbO3 सम्मिलित हैं, सीडीटीई, जेएनएसई एवं सीडीएसई क्रिस्टल के लंबे किनारे विद्युतड के साथ लेपित होते हैं। अनुप्रस्थ पॉकेल्स कोशिकाओं के लिए प्रकाशिक मंदता Δφ अनुदैर्ध्य पॉकेल्स कोशिकाओं के समान है, किन्तु यह क्रिस्टल आयामों पर निर्भर है। क्रिस्टल छिद्र आकार के साथ चौथाई तरंग या अर्द्ध तरंग वोल्टेज की आवश्यकताएं बढ़ जाती हैं, किन्तु क्रिस्टल को लंबा करके आवश्यकताओं को अर्घ्य किया जा सकता है।

अनुप्रस्थ पॉकेल्स कोशिकाएं में दो या दो से अधिक क्रिस्टल सम्मिलित किए जा सकते हैं। कारण पॉकेल्स कोशिकाएं की कुल लंबाई बढ़ाकर वोल्टेज की आवश्यकता को अर्घ्य करना है। दूसरा कारण यह तथ्य है, कि KDP द्विअक्षीय है एवं इसमें दो विद्युत-दृष्टिगत स्थिरांक, r63 हैं, अनुदैर्ध्य विन्यास एवं r41 के लिए अनुप्रस्थ विन्यास के लिए अनुप्रस्थ पॉकेल्स कोशिकाएं जो केडीपी (या इसके आइसोमोर्फ) का उपयोग करता है, विपरीत दिशा में दो क्रिस्टल होते हैं, जो साथ में वोल्टेज संवृत होने पर शून्य-क्रम तरंगप्लेट देते हैं। यह प्रायः उचित नहीं होता है एवं तापमान के साथ प्रवाहित होता है। किन्तु क्रिस्टल अक्ष का यांत्रिक संरेखण इतना महत्वपूर्ण नहीं है एवं प्रायः पेंच के बिना हाथ से किया जाता है; जबकि मिसलिग्न्मेंट गलत किरण में कुछ ऊर्जा की ओर ले जाता है (या तो e या o – उदाहरण के लिए, क्षैतिज या लंबवत), अनुदैर्ध्य स्थिति के विपरीत, क्रिस्टल की लंबाई के माध्यम से हानि को बढ़ाया नहीं जाता है।

विन्यास की ध्यान किए बिना किरण अक्ष के साथ क्रिस्टल अक्ष का संरेखण महत्वपूर्ण है। मिसलिग्न्मेंट से बायरफ्रिंजेंस होता है एवं लंबे क्रिस्टल में बड़े चरण में परिवर्तन होता है। यह ध्रुवीकरण (तरंगों) प्रकाशिक घूर्णन की ओर जाता है यदि संरेखण ध्रुवीकरण के समानांतर या लंबवत नहीं है।

कोशिकाओं के अंदर गतिशीलता
εr ≈ 36 के उच्च सापेक्ष परावैद्युतांक के कारण क्रिस्टल के अंदर, विद्युत क्षेत्र में परिवर्तन केवल c/6 की गति से विस्तृत होता है। तीव्र गैर-फाइबर दृष्टिगत कोशिकाएं इस प्रकार मिलान वाली संचरण रेखा में एम्बेडेड होते हैं। इसे संचरण रेखा के अंत में रखने से प्रतिबिंब एवं दोगुना स्विचिंग समय होता है। चालक से संकेत समानांतर रेखाओं में विभाजित होता है जो क्रिस्टल के दोनों सिरों तक ले जाता है। जब वे क्रिस्टल में मिलते हैं, तो उनके वोल्टेज जुड़ जाते हैं। प्रकाशित तंतु  के लिए पॉकेल्स कोशिकाएं वर्तमान आवश्यकताओं को अर्घ्य करने एवं गति बढ़ाने के लिए यात्रा तरंग आकृति को नियोजित कर सकते हैं।

प्रयोग करने योग्य क्रिस्टल कुछ सीमा तक पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव भी प्रदर्शित करते हैं (रुबिडीयाम टाइटेनिल फॉस्फेट सबसे अर्घ्य है, बीटा बेरियम बोरेट एवं लिथियम नाइओबेट उच्चतम हैं)। वोल्टेज परिवर्तन के पश्चात, ध्वनि तरंगें क्रिस्टल के किनारों से मध्य की ओर विस्तृत होने लगती हैं। यह पल्स पिकिंग के लिए नहीं, बॉक्सकार खिड़की के लिए महत्वपूर्ण है। लंबे समय तक धारण करने के लिए प्रकाश एवं क्रिस्टल के चेहरों के मध्य गार्ड का स्थान बड़ा होना चाहिए। उच्च विद्युत क्षेत्र के लिए ध्वनि तरंग के पीछे क्रिस्टल संतुलन स्थिति में विकृत रहता है। इससे ध्रुवीकरण बढ़ता है। ध्रुवीकृत आयतन के बढ़ने के कारण तरंग के सामने क्रिस्टल में विद्युत क्षेत्र बढ़ जाता है,रैखिक रूप से या चालक को निरंतर निर्धारित रिसाव प्रदान करना पड़ता है।

चालक इलेक्ट्रॉनिक्स
पॉकेल्स कोशिकाएं, आकृति द्वारा संधारित्र है, एवं प्रायः लेजर बीम के ध्रुवीकरण की स्थिति को परिवर्तित करने के लिए उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है जिससे प्रभावी रूप से स्विचेबल तरंगप्लेट के रूप में कार्य किया जा सके। आवश्यक वोल्टेज पॉकेल्स कोशिकाएं के प्रकार, प्रकाश की तरंग दैर्ध्य एवं क्रिस्टल के आकार पर निर्भर करता है, किन्तु सामान्यतः वोल्टेज रेंज 1-10 kV के क्रम में होती है। पॉकेल्स कोशिकाएं ड्राइवर इस उच्च वोल्टेज को अत्यधिक तीव्र दालों के रूप में प्रदान करते हैं, जो सामान्यतः 10 नैनोसेकंड से अर्घ्य समय में बढ़ते हैं।

मूल रूप से दो प्रकार के ड्राइवर होते हैं: त्वरित या क्यू ड्राइव जिसमें तीव्रता से वृद्धि का समय होता है, मंद गति में क्षय होता है। क्यू-ड्राइव का उपयोग करने वाले पॉकेल्स कोशिकाएं को कभी-कभी क्यू-स्विच कहा जाता है। अन्य प्रकार के चालक को पुनर्योजी या आर ड्राइव के रूप में संदर्भित किया जाता है। आर ड्राइव में तीव्रता से बढ़ने का समय एवं तीव्रता से गिरने का समय होगा, आवेदन के आधार पर चालक की आउटपुट पल्स चौड़ाई नैनोसेकंड से लेकर माइक्रोसेकंड लंबी हो सकती है। ड्राइव का प्रकार एवं इसकी पुनरावृत्ति दर लेजर एवं इच्छित अनुप्रयोग पर निर्भर करेगी।

अनुप्रयोग
पॉकेल्स कोशिकाओं का उपयोग विभिन्न प्रकार के वैज्ञानिक एवं प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों में किया जाता है। पॉकेल्स कोशिकाएं, ध्रुवक के साथ मिलकर, प्रारंभिक ध्रुवीकरण अवस्था एवं अर्ध-तरंग चरण मंदता के मध्य परिवर्तित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है, जिससे नैनोसेकंड में खोलने एवं संवृत करने में सक्षम तीव्र शटर का निर्माण होता है। 0° एवं 90° के मध्य घूर्णन को संशोधित करके बीम पर सूचना को प्रभावित करने के लिए उसी प्रविधि का उपयोग किया जा सकता है। बाहर निकलने वाली बीम की तीव्रता (भौतिकी), जब ध्रुवीकरण के माध्यम से देखी जाती है, में एक आयाम मॉड्यूलेशन होता है। आयाम-मॉड्यूलेटेड सिग्नल होता है। जब एक क्रिस्टल किसी अज्ञात विद्युत क्षेत्र के संपर्क में आता है तो इस संग्राहक संकेत का उपयोग समय-संकल्पित विद्युत क्षेत्र मापन के लिए किया जा सकता है।  पॉकेल्स कोशिकाओं का उपयोग क्यू-स्विचिंग के रूप में लघु, उच्च-तीव्रता वाली लेजर पल्स उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। पॉकेल्स कोशिकाएं लेजर कैविटी में ध्रुवीकरण पर निर्भर हानि को प्रारम्भ करके प्रकाशिक प्रवर्धन को रोकता है। यह लाभ माध्यम को उच्च जनसंख्या व्युत्क्रमण की अनुमति देता है। जब सक्रिय लेजर माध्यम में वांछित जनसंख्या व्युत्क्रम होता है, तो पॉकेल्स कोशिकाएं को प्रारम्भ कर दिया जाता है, एवं अल्प उच्च ऊर्जा लेजर पल्स बनाई जाती है। क्यू-स्विच्ड लेसरों का उपयोग विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे चिकित्सा सौंदर्यशास्त्र, मेट्रोलॉजी, विनिर्माण एवं होलोग्रफ़ी होते है।

पल्स पिकिंग अन्य अनुप्रयोग है जो पॉकेल्स कोशिकाएं का उपयोग करता है। पल्स पिकर सामान्यतः कांपनेवाला, विद्युत-दृष्टिगत अधिमिश्रक, एम्पलीफायरों, हाई वोल्टेज ड्राइवर एवं पॉकेल्स कोशिकाओं के साथ आवृत्ति दोहरीकरण अधिमिश्रक से बना होता है। पॉकेल्स कोशिकाएं सिंक्रनाइज़ विद्युत-दृष्टिगत स्विचिंग द्वारा अवरुद्ध करते हुए लेजर प्रेरित समूह से पल्स उठा सकता है।

पॉकेल्स कोशिकाओं का उपयोग पुनर्योजी प्रवर्धन, चहकती नाड़ी प्रवर्धन, एवं क्यू-स्विचिंग वेरिएंट में भी किया जाता है, जिससे लेज़रों एवं प्रकाशिक एम्पलीफायरों में प्रकाशिक पावर को अंदर एवं बाहर किया जा सके। फोटॉन ध्रुवीकरण फोटोन द्वारा क्वांटम कुंजी वितरण के लिए पॉकेल्स कोशिकाओं का उपयोग किया जा सकता है।

अन्य ईओ तत्वों के संयोजन के साथ पॉकेल्स कोशिकाओं को विद्युत-दृष्टिगत परिक्षण बनाने के लिए जोड़ा जा सकता है।

प्रकाशिक वीडियोडिस्क मास्टरिंग प्रणाली में एमसीए डिस्कोविजन इंजीनियरों द्वारा पॉकेल्स कोशिकाओं का उपयोग किया गया था। आर्गन-आयन लेजर से प्रकाश को मूल वीडियो एवं मास्टर वीडियोडिस्क पर रिकॉर्ड किए जाने वाले ऑडियो संकेतों के अनुरूप पल्स अनुकूलन बनाने के लिए पॉकेल्स कोशिकाओं के माध्यम से पारित किया गया था। एमसीए ने पायनियर इलेक्ट्रॉनिक्स को विक्रय तक वीडियोडिस्क मास्टरिंग में पॉकेल्स कोशिकाओं का उपयोग किया। रिकॉर्डिंग की गुणवत्ता बढ़ाने के लिए, MCA ने पॉकेल्स कोशिकाओं स्टेबलाइजर का पेटेंट कराया, जो मास्टरिंग के समय पॉकेल्स कोशिकाओं द्वारा बनाई जा सकने वाली दूसरी-हार्मोनिक विकृति को अर्घ्य करता है। MCA ने या तो DRAW (डायरेक्ट रीड आफ्टर राइट) मास्टरिंग प्रणाली या फोटोरेसिस्ट प्रणाली का उपयोग किया। DRAW प्रणाली को मूल रूप से स्वीकृत किया गया था, क्योंकि इसमें डिस्क रिकॉर्डिंग के समय साफ ​​कक्ष की स्थिति की आवश्यकता नहीं थी एवं मास्टरिंग के समय तत्काल गुणवत्ता परिक्षण की अनुमति थी। 1976/77 से मूल एकल-पक्षीय परीक्षण प्रेसिंग को DRAW प्रणाली के साथ महारत प्राप्त थी, जैसा कि दिसंबर 1978 में प्रारूप के निर्धारित होने पर शैक्षिक, गैर-फीचर शीर्षक थे।

पॉकेल्स कोशिकाओं का उपयोग दो फोटॉन माइक्रोस्कोपी में किया जाता है।

शीघ्र के वर्षों में, लॉरेंस लिवरमोर राष्ट्रीय प्रयोगशाला  में स्थित  राष्ट्रीय इग्निशन सुविधा  में पॉकेल्स कोशिकाएं कार्यरत हैं। 192 लेज़रों में प्रत्येक पॉकेल्स कोशिकाएं एम्पलीफायर के माध्यम से बाहर निकलने से पूर्व प्रकाशिक ट्रैप के रूप में कार्य करता है। सभी 192 लेज़रों के बीम अंततः ड्यूटेरियम-ट्रिटियम ईंधन के लक्ष्य प संलयन प्रतिक्रिया को ट्रिगर करने की अपेक्षा में अभिसरण करते हैं।

यह भी देखें

 * विद्युत-दृष्टिगत न्यूनाधिक
 * ध्वनिक-दृष्टिगत न्यूनाधिक
 * केर प्रभाव