Q-переключение – это метод генерации высокоинтенсивного коротко-импульсного лазерного излучения; его основной принцип работы заключается в следующем: во-первых, активная среда подвергается оптической накачке, но в резонансном резонаторе поддерживается высокий уровень потерь - (т. е. низкий коэффициент добротности -); следовательно, энергию нельзя извлечь в виде лазерного света. Методы, используемые для модуляции этих потерь, можно разделить на активные и пассивные. Впоследствии потери в резонансной полости резко уменьшаются. В этот момент усиление значительно превышает потери в резонаторе, что приводит к экспоненциальному росту внутрирезонаторной мощности-обычно начиная со слабой флуоресценции усиливающей среды-до тех пор, пока усиление не достигнет насыщения и мощность снова не начнет затухать.
Генерация такого светового импульса позволяет извлечь большую часть энергии, запасенной в усиливающей среде. Для достижения высоких энергий импульса усиливающая среда должна обладать способностью хранить значительную энергию; это требует длительного времени жизни в верхнем-состоянии, высокой плотности лазерных-активных ионов или атомов и не слишком высокой эффективности усиления. Последнее требование имеет решающее значение; в противном случае усиленное спонтанное излучение (ASE) ограничило бы накопление энергии, что потребовало бы чрезвычайно высоких начальных потерь в резонаторе для предотвращения преждевременной лазерной генерации. Наиболее часто используемыми усиливающими средами для лазеров с модуляцией добротности являются кристаллы и стекла, легированные редкоземельными-земельными элементами-; следовательно, твердотельные-лазеры представляют собой наиболее распространенный тип системы с модуляцией добротности. Тем не менее, волоконные лазеры также могут быть сконфигурированы для работы с модуляцией добротности и в сочетании с волоконными усилителями способны обеспечивать исключительно высокую среднюю мощность.
Активное и пассивное переключение добротности-. Активное переключение добротности-обычно включает в себя акусто-оптический модулятор внутри резонансного резонатора для активной модуляции потерь в резонаторе. Управляемый радиочастотным сигналом акусто-оптический модулятор заставляет световой луч выходить из резонансной полости посредством дифракции первого-порядка, тем самым внося значительные потери. Импульс генерируется при кратковременном отключении радиочастотного сигнала. Для достижения высокой частоты повторения усиливающая среда требует непрерывной накачки, в то время как переключатель Q- срабатывает периодически. И наоборот, для получения максимальной энергии импульса требуется импульсная накачка (например, накачка лампой-вспышкой) в сочетании с низкой частотой повторения.
В пассивном переключении добротности вместо активного модулятора используется насыщаемый поглотитель. Например, лазер Nd:YAG может использовать кристалл Cr⁴⁺:YAG в качестве насыщающегося поглотителя. В то время как другие кристаллы насыщающегося поглотителя могут быть выбраны для разных длин волн, полупроводниковое насыщающееся поглощающее зеркало (SESAM) подходит для широкого диапазона рабочих длин волн.
