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Commutation Q (lasers)

1962
  • R. W. Hellwarth
  • F. J. McClung
Système laser à commutation Q dans un laboratoire moderne pour applications d'optique non linéaire.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

La commutation Q est une technique permettant de produire des impulsions laser de courte durée et de haute intensité. Elle consiste à empêcher temporairement l'action du laser, ce qui permet au milieu à gain d'emmagasiner une grande quantité d'énergie grâce à l'inversion de population. Le facteur de qualité du laser (facteur Q) est ensuite rapidement porté à une valeur élevée, ce qui libère l'énergie stockée en une seule impulsion puissante de l'ordre de la nanoseconde.

The term ‘Q-switching’ refers to the modulation of the quality factor (Q-factor) of the laser’s résonateur optique. The Q-factor is a measure of the energy storage capability of the resonator; a high Q-factor means low loss, while a low Q-factor means high loss. The Q-switching process involves two stages. First, the Q-factor of the cavity is deliberately kept low (high loss) while the gain medium is being pumped. This prevents the buildup of stimulated emission and stops lasing from starting, even though a very large population inversion is being created. The gain medium acts as an energy storage capacitor.

Une fois l'énergie maximale stockée dans le milieu amplificateur, le facteur de qualité (Q) est brusquement porté à une valeur élevée (faibles pertes). Ce phénomène est obtenu grâce à un commutateur Q placé à l'intérieur de la cavité. Les pertes étant alors extrêmement faibles, le gain optique dépasse largement le seuil d'émission laser. Le champ intense de photons émis spontanément dans la cavité déclenche rapidement une cascade massive d'émission stimulée, épuisant l'énergie stockée dans le milieu amplificateur quasi instantanément. Il en résulte l'émission d'une unique impulsion lumineuse de forte intensité, d'une puissance crête très élevée (de l'ordre du mégawatt au gigawatt) et d'une durée très courte, généralement de l'ordre de la nanoseconde. Parmi les commutateurs Q courants, on trouve les miroirs rotatifs (méthode originale), les modulateurs acousto-optiques et les modulateurs électro-optiques (cellules de Pockels).

UNESCO Nomenclature: 2210
- Optique

Taper

Technique

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • invention du laser
  • Compréhension de la dynamique des cavités laser et du facteur Q
  • développement d'obturateurs optiques rapides (par exemple, cellules de Kerr)

Applications

  • laser tatouage l'éloignement
  • transformation industrielle des matériaux (découpe, perçage)
  • Systèmes lidar pour la cartographie et la télémétrie
  • pompage d'autres lasers (par exemple, des lasers à colorant)
  • recherche en optique non linéaire

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • lasers à commutation Q miniaturisés pour appareils lidar portables
  • passively q-switched microchip lasers for portable spectroscopie
  • Lasers à commutation Q à haute fréquence de répétition pour le traitement rapide des matériaux
  • Lasers à commutation Q à double cavité pour la génération de rayonnement térahertz accordable
  • Commutateurs Q passifs à base de graphène pour lasers à fibre
  • Lasers à commutation Q pour l'élimination des débris spatiaux
  • traitement non invasif du glaucome par trabéculoplastie laser sélective
  • Systèmes de communication sous-marine utilisant des lasers à commutation Q bleu-vert
  • laser-induced breakdown spectroscopy (libs) for remote chemical analysis
  • Systèmes d'allumage laser compacts pour moteurs à combustion interne
En rapport avec : Commutation Q, laser pulsé, impulsion géante, puissance de crête, facteur Q, cavité laser, inversion de population, stockage d'énergie, modulateur acousto-optique, cellule de Pockels.

Contexte historique

Commutation Q (lasers)

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

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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