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電光Q開關

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Q開關可以在對激光光束產生非常小或者非常高損耗之間快速轉換。這一器件通常用在激光器諧振腔中，實現對激光器進行有源的Q開關，這是一種產生短的強脈衝的方法，脈衝長度在納秒範圍。Q開關還可以與傾腔結合產生脈衝，但是這種情況下對於光開關的具體要求也是不同的。
電光Q開關是Q開關的一種。
中文名
電光Q開關
外文名
Q-switching

目錄

  1. 1 歷史
  2. 2 Q開關的類型
  3. ▪ 聲光Q開關
  1. ▪ 電光Q開關
  2. ▪ 無源Q開關
  3. 3 關鍵性質
  1. 4 參閲

電光Q開關歷史

Q開關由Gordon Gould於1958年發明，隨後R.W. Hellwarth and F.J 在1961至1962年也獨立發明了應用於紅寶石激光器的電驅動Q開關。 [1] 

電光Q開關Q開關的類型

電光Q開關聲光Q開關

最常見的Q開關類型就是聲光調製器。只要聲波關閉，晶體或者玻璃片產生的透射損耗就非常小，但是聲波打開後，會產生很強的布拉格反射，每次通過產生的損耗在50%左右，在線性激光諧振腔中通過兩次會產生75%的損耗。為了產生聲波，電子學驅動器需要功率在1W的射頻功率（或者在大孔徑器件中需要幾個瓦特）和100MHz的微波頻率（RF）。
器件中存在許多需要權衡的參數。例如，具有很高電光係數的二氧化碲材料需要很小的聲波功率，但是損傷閾值比較適中。晶體石英或者熔融二氧化硅可以承擔很高的光強，但是也需要更高的聲波功率（以及射頻功率）。需要的聲波功率還與器件的孔徑有關：高功率激光器需要大孔徑器件，同時也需要更高的聲波功率。Q開關產熱很多，因此需要採用水冷卻裝置。而在低功率水平，則只需要傳導冷卻。
開關速度（或者調製帶寬）最終並不是受聲光換能器限制，而是由聲波速度和光束直徑。
為了抑制光學表面的反射，通常需要採用抗反射塗層。還有的Q開關的有源器件工作在布儒斯特角。

電光Q開關電光Q開關

Q開關微片激光器需要非常高的開關速度，這時需要採用電光調製器。其中，光的偏振態通過聲光效應（普克爾斯效應）被改變，然後採用偏振片就將偏振態的改變轉變成對於損耗的調製。與聲光器件相比，它需要更高的電壓（需要得到納秒的開關速度），但是不需要射頻信號。

電光Q開關無源Q開關

無源開關是飽和吸收器，由激光本身觸發。其中，Q開關自身引入的損耗非常小，一旦增益介質中儲存足夠的能量，激光增益就會大於損耗。激光功率開始緩慢增大，一旦吸收器達到飽和，損耗會減小，淨增益增加，激光功率快速增大形成短脈衝。
在無源Q開關YAG激光器中，Cr4+：YAG晶體通常作為無源Q開關。還有其它可用的材料，例如，各種摻雜晶體和玻璃，半導體飽和吸收反射鏡尤其適用於產生小的脈衝能量。 [2] 

電光Q開關關鍵性質

在選取合適的Q開關時，需要考慮以下因素：
  1. 工作波長，會影響所需的抗反射塗層；
  2. 開放孔徑；
  3. 在高損耗狀態（尤其是高增益激光器中）和低損耗狀態（影響功率效率）的損耗；
  4. 開關速度（尤其在短脈衝激光器中）；
  5. 損傷閾值強度；
  6. 所需射頻功率；
  7. 冷卻要求；
  8. 裝置的尺寸（尤其在小型激光器中）。
同時，電子學驅動需要適合Q開關。 [3] 

電光Q開關參閲

參考資料
  • 1.    Taylor, Nick (2000). LASER: The inventor, the Nobel laureate, and the thirty-year patent war. New York: Simon & Schuster. ISBN 0-684-83515-0. p. 93.
  • 2.    McClung, F.J.; Hellwarth, R.W. (1962). "Giant optical pulsations from ruby". Journal of Applied Physics. 33 (3): 828–829. Bibcode:1962JAP....33..828M. doi:10.1063/1.1777174.
  • 3.    Früngel, Frank B. A. (2014). Optical Pulses - Lasers - Measuring Techniques. Academic Press. p. 192. ISBN 9781483274317. Retrieved 1 February 2015.