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Q-switching (lasers)

1962
  • R. W. Hellwarth
  • F. J. McClung
Sistema láser con conmutación Q en un laboratorio moderno para aplicaciones de óptica no lineal.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

La conmutación Q es una técnica para producir pulsos láser de alta intensidad y corta duración. Funciona interrumpiendo temporalmente la acción láser, lo que permite que el medio de ganancia almacene una gran cantidad de energía mediante inversión de población. El factor de calidad (factor Q) del láser cambia rápidamente a un valor alto, lo que provoca que la energía almacenada se libere en un único y potente pulso de nanosegundos.

El término «conmutación Q» se refiere a la modulación del factor de calidad (factor Q) del resonador óptico del láser. El factor Q es una medida de la capacidad de almacenamiento de energía del resonador; un factor Q alto significa bajas pérdidas, mientras que un factor Q bajo significa altas pérdidas. El proceso de conmutación Q consta de dos etapas. Primero, el factor Q de la cavidad se mantiene deliberadamente bajo (altas pérdidas) mientras se bombea el medio de ganancia. Esto evita la acumulación de emisión estimulada y detiene el inicio de la emisión láser, incluso cuando se está creando una inversión de población muy grande. El medio de ganancia actúa como un condensador de almacenamiento de energía.

Once the maximum possible energy is stored in the gain medium, the Q-factor is suddenly switched to a high value (low loss). This is done using a Q-switch device placed inside the cavity. With the losses now very low, the optical gain far exceeds the lasing threshold. The intense field of spontaneously emitted photons inside the cavity rapidly triggers a massive cascade of stimulated emission, depleting the stored energy in the gain medium almost instantaneously. This results in the emission of a single, giant pulse of light with a very high peak power (megawatts to gigawatts) and a short duration, typically on the order of nanoseconds. Common Q-switch devices include rotating mirrors (the original method), acousto-optic modulators, and electro-optic modulators (Pockels cells).

UNESCO Nomenclature: 2210
- Óptica

Tipo

Técnica

Ruptura

Sustancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • invention of the laser
  • understanding of laser cavity dynamics and the Q-factor
  • development of fast optical shutters (e.g., Kerr cells)

Aplicaciones

  • laser tattoo removal
  • industrial material processing (cutting, drilling)
  • lidar systems for mapping and range finding
  • pumping other lasers (e.g., dye lasers)
  • nonlinear optics research

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: conmutación Q, láser pulsado, pulso gigante, potencia pico, factor Q, cavidad láser, inversión de población, almacenamiento de energía, modulador acustoóptico, celda de Pockels.

Contexto histórico

Q-switching (lasers)

1960
1960
1961
1962
1963
1965
1970
1960
1960
1960-05-16
1962
1963
1964
1968
1970

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

Invención, innovación y principios técnicos relacionados.

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