Q-Switching ist eine Methode zur Erzeugung hoch-intensiver, kurz-gepulster Laserstrahlung; Sein grundlegendes Funktionsprinzip ist wie folgt: Erstens wird das Verstärkungsmedium optisch gepumpt, aber der Resonanzhohlraum wird auf einem hohen -Verlustniveau (dh einem niedrigen Q--Faktor) gehalten; Folglich kann keine Energie in Form von Laserlicht extrahiert werden. Die zur Modulation dieses Verlusts verwendeten Methoden können grob in aktive oder passive Methoden eingeteilt werden. Anschließend wird der Verlust innerhalb des Resonanzhohlraums schlagartig reduziert. Zu diesem Zeitpunkt übersteigt die Verstärkung den Hohlraumverlust erheblich, was dazu führt, dass die Leistung innerhalb des Hohlraums exponentiell zunimmt -typischerweise beginnend mit der schwachen Fluoreszenz des Verstärkungsmediums-, bis die Verstärkung gesättigt ist und die Leistung wieder abzunehmen beginnt.
Die Erzeugung eines solchen Lichtimpulses ermöglicht die Extraktion des größten Teils der im Verstärkungsmedium gespeicherten Energie. Um hohe Pulsenergien zu erreichen, muss das Verstärkungsmedium die Fähigkeit besitzen, erhebliche Energie zu speichern; Dies erfordert eine lange Lebensdauer des oberen Zustands, eine hohe Dichte laseraktiver Ionen oder Atome und eine nicht übermäßig hohe Verstärkungseffizienz. Diese letztgenannte Anforderung ist von entscheidender Bedeutung; andernfalls würde die verstärkte spontane Emission (ASE) die Energiespeicherung einschränken, was einen extrem hohen anfänglichen Hohlraumverlust erforderlich machen würde, um eine vorzeitige Laseroszillation zu verhindern. Die am häufigsten verwendeten Verstärkungsmedien für gütegeschaltete Laser sind mit seltenen {{6}Erden- dotierte Kristalle und Gläser; Folglich stellen Festkörperlaser die am weitesten verbreitete Art von gütegeschalteten Systemen dar. Dennoch können Faserlaser auch für den gütegeschalteten Betrieb konfiguriert werden und sind in Verbindung mit Faserverstärkern in der Lage, außergewöhnlich hohe Durchschnittsleistungen zu liefern.
Aktive vs. passive Q-Schaltung: Aktive Q-Schaltung beinhaltet typischerweise einen akusto-optischen Modulator innerhalb des Resonanzhohlraums, um Hohlraumverluste aktiv zu modulieren. Angetrieben durch ein HF-Signal bewirkt der akusto{5}optische Modulator, dass der Lichtstrahl durch Beugung erster -Ordnung aus dem Resonanzhohlraum austritt, wodurch erhebliche Verluste entstehen. Wenn das HF-Signal kurzzeitig ausgeschaltet wird, wird ein Impuls erzeugt. Um eine hohe Wiederholungsrate zu erreichen, muss das Verstärkungsmedium kontinuierlich gepumpt werden, während der Q--Schalter wiederholt ausgelöst wird. Um umgekehrt die maximale Pulsenergie zu erhalten, ist gepulstes Pumpen (z. B. Blitzlampenpumpen) in Kombination mit einer niedrigen Wiederholungsrate erforderlich.
Beim passiven Q--Schalten wird ein sättigbarer Absorber anstelle eines aktiven Modulators verwendet. Beispielsweise kann ein Nd:YAG-Laser einen Cr⁴⁺:YAG-Kristall als sättigbaren Absorber nutzen. Während andere sättigbare Absorberkristalle für andere Wellenlängen ausgewählt werden können, eignet sich ein halbleitersättigbarer Absorberspiegel (SESAM) für einen weiten Bereich von Betriebswellenlängen.
