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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.

Le terme ‘commutation Q’ fait référence à la modulation du facteur de qualité (facteur Q) du résonateur optique du laser. Le facteur Q est une mesure de la capacité de stockage d'énergie du résonateur ; un facteur Q élevé signifie une faible perte, tandis qu'un facteur Q faible signifie une perte élevée. Le processus de commutation Q comporte deux étapes. Tout d'abord, le facteur Q de la cavité est délibérément maintenu à un niveau bas (pertes élevées) pendant que le milieu à gain est pompé. Cela permet d'éviter l'accumulation d'émissions stimulées et d'empêcher le déclenchement de l'effet laser, même si une très grande inversion de population est en train d'être créée. Le milieu à gain agit comme un condensateur de stockage d'énergie.

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

  • détatouage au laser
  • 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

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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)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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