पॉकेल्स प्रभाव

पॉकल्स 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। पॉकल्स 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, पॉकल्स प्रभाव  बायरफ्रेंसेंस में परिवर्तन का कारण बनता है जो प्रारम्भ विद्युत क्षेत्र की शक्ति के अनुपात में भिन्न होता है। पॉकल्स 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 पॉकल्स प्रभाव को स्पष्ट किया गया है।

पॉकल्स कोशिकाएं
पॉकल्स 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, पॉकल्स प्रभाव, पॉकल्स 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, पॉकल्स कोशिकाओं का उपयोग वोल्टेज-नियंत्रित तरंग प्लेटो के साथ-साथ अन्य फोटोनिक्स अनुप्रयोगों के रूप में किया जाता है। पॉकल्स कोशिकाओं को क्रिस्टल के विद्युत-दृष्टिगत गुणों के आधार पर दो विन्यासों में विभाजित किया जाता है, अनुदैर्ध्य एवं अनुप्रस्थ।

अनुदैर्ध्य पॉकल्स 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 पॉकल्स 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 लहर वोल्टेज लगभग 7.6 KV है, जिसका कोई 1.51, r63 = 10.6X10-12 m/V λ0 पर एवं Δφ = π है। अनुदैर्ध्य पॉकल्स कोशिकाओं का उपयोग करने का लाभ यह है कि चौथाई लहर या अर्द्ध लहर मंदता के लिए वोल्टेज की आवश्यकताएं क्रिस्टल की लंबाई या व्यास पर निर्भर नहीं होती हैं।

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

अनुप्रस्थ पॉकल्स कोशिकाएं में दो या दो से अधिक क्रिस्टल सम्मिलित किए जा सकते हैं। कारण पॉकल्स 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 पॉकल्स 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 लहरप्लेट 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।

कोशिकाएं 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 पॉकल्स कोशिकाएं वर्तमान आवश्यकताओं को अर्घ्य करने एवं गति बढ़ाने के लिए यात्रा तरंग आकृति को नियोजित कर सकते हैं।

प्रयोग करने योग्य क्रिस्टल कुछ हद तक पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव भी प्रदर्शित करते हैं (रुबिडीयाम टाइटेनिल फॉस्फेट सबसे अर्घ्य है, बीटा बेरियम बोरेट एवं लिथियम नाइओबेट उच्चतम हैं)। एक वोल्टेज परिवर्तन के बाद, ध्वनि तरंगें क्रिस्टल के किनारों से मध्य की ओर फैलने लगती हैं। यह नाड़ी बीनने वाला ्स के लिए नहीं, बल्कि  बॉक्सकार खिड़की  के लिए महत्वपूर्ण है। लंबे समय तक धारण करने के लिए प्रकाश एवं क्रिस्टल के चेहरों के बीच गार्ड की जगह बड़ी होनी 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 चालू रिसाव प्रदान करना पड़ता है।

चालक इलेक्ट्रॉनिक्स
एक पॉकल्स कोशिकाएं, डिज़ाइन द्वारा, एक संधारित्र है, एवं प्रायः लेजर बीम के ध्रुवीकरण की स्थिति को बदलने के लिए उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है ताकि प्रभावी रूप से स्विचेबल लहरप्लेट के रूप में कार्य किया जा सके। आवश्यक वोल्टेज पॉकल्स 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। पॉकल्स कोशिकाएं ड्राइवर इस उच्च वोल्टेज को बहुत तेज 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: एक त्वरित या क्यू ड्राइव जिसमें तेजी से वृद्धि का समय होता है, फिर धीरे-धीरे क्षय होता है। क्यू-ड्राइव का उपयोग करने वाले पॉकल्स 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 तेजी से बढ़ने का समय एवं तेजी 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
पॉकल्स कोशिकाओं का उपयोग विभिन्न प्रकार के वैज्ञानिक एवं तकनीकी अनुप्रयोगों में किया जाता है। एक पॉकेल्स कोशिकाएं, एक पोलराइज़र के साथ मिलकर, प्रारंभिक ध्रुवीकरण अवस्था एवं अर्ध-तरंग चरण मंदता के बीच स्विच करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, जिससे nanosecond में खोलने एवं संवृत करने में सक्षम तेज़ शटर का निर्माण होता है। 0° एवं 90° के बीच रोटेशन को संशोधित करके बीम पर सूचना को प्रभावित करने के लिए उसी तकनीक 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। पॉकल्स कोशिकाओं का उपयोग क्यू-स्विचिंग | क्यू-स्विच के रूप में लघु, उच्च-तीव्रता वाली लेजर पल्स उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। पॉकल्स कोशिकाएं लेजर कैविटी में ध्रुवीकरण पर निर्भर नुकसान को शुरू 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 पॉकल्स कोशिकाएं को चालू कर दिया जाता है, एवं एक छोटी 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।

पल्स पिकिंग एक अन्य एप्लिकेशन है जो पॉकल्स कोशिकाएं का उपयोग करता है। एक पल्स पिकर सामान्यतः एक ऑसिलेटर, विद्युत-दृष्टिगत मॉड्यूलेटर, एम्पलीफायरों, हाई वोल्टेज ड्राइवर एवं पॉकल्स कोशिकाएं के साथ एक फ्रीक्वेंसी डबलिंग मॉड्यूलेटर से बना होता है। पॉकल्स कोशिकाएं सिंक्रनाइज़ विद्युत-दृष्टिगत स्विचिंग द्वारा बाकी को अवरुद्ध करते हुए एक लेजर प्रेरित गुच्छा से एक पल्स उठा सकता है।

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

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

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

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

हाल के वर्षों में, लॉरेंस लिवरमोर राष्ट्रीय प्रयोगशाला  में स्थित  राष्ट्रीय इग्निशन सुविधा  में पॉकल्स कोशिकाएं कार्यरत हैं। 192 लेज़रों में से एक के लिए प्रत्येक पॉकल्स कोशिकाएं एक एम्पलीफायर के माध्यम से बाहर निकलने से पहले एक प्रकाशिक ट्रैप के रूप में कार्य करता है। सभी 192 लेज़रों के बीम अंततः ड्यूटेरियम-ट्रिटियम ईंधन के एक ही लक्ष्य पर एक संलयन प्रतिक्रिया को ट्रिगर करने की उम्मीद में अभिसरण करते हैं।

यह भी देखें

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