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Comutação Q (lasers)

1962
  • R. W. Hellwarth
  • F. J. McClung
Sistema de laser Q-switched em um laboratório moderno para aplicações de óptica não linear.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

A comutação Q é uma técnica para produzir pulsos de laser de alta intensidade e curta duração. Ela funciona impedindo temporariamente a emissão de laser, permitindo que o meio ativo armazene uma grande quantidade de energia por meio da inversão de população. O fator de qualidade (fator Q) do laser é então rapidamente alterado para um valor alto, fazendo com que a energia armazenada seja liberada em um único pulso potente de nanossegundos.

The term ‘Q-switching’ refers to the modulation of the quality factor (Q-factor) of the laser’s ressonador óptico. 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.

Uma vez que a energia máxima possível é armazenada no meio ativo, o fator Q é subitamente alterado para um valor alto (baixa perda). Isso é feito utilizando um dispositivo de comutação Q colocado dentro da cavidade. Com as perdas agora muito baixas, o ganho óptico excede em muito o limiar de emissão laser. O intenso campo de fótons emitidos espontaneamente dentro da cavidade desencadeia rapidamente uma cascata massiva de emissão estimulada, esgotando a energia armazenada no meio ativo quase instantaneamente. Isso resulta na emissão de um único pulso de luz gigante com uma potência de pico muito alta (megawatts a gigawatts) e uma curta duração, tipicamente da ordem de nanossegundos. Dispositivos de comutação Q comuns incluem espelhos rotativos (o método original), moduladores acusto-ópticos e moduladores eletro-ópticos (células de Pockels).

UNESCO Nomenclature: 2210
Óptica

Tipo

Técnica

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • invenção do laser
  • Compreensão da dinâmica da cavidade laser e do fator Q
  • desenvolvimento de obturadores ópticos rápidos (ex: células de Kerr)

Aplicações

  • laser tatuagem remoção
  • Processamento industrial de materiais (corte, perfuração)
  • Sistemas lidar para mapeamento e medição de distância
  • bombeamento de outros lasers (por exemplo, lasers de corante)
  • pesquisa em óptica não linear

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • miniaturized q-switched lasers for handheld lidar devices
  • passively q-switched microchip lasers for portable espectroscopia
  • high-repetition-rate q-switched lasers for rapid material processing
  • dual-cavity q-switched lasers for generating tunable terahertz radiation
  • graphene-based passive q-switches for fiber lasers
  • q-switched lasers for space debris removal
  • non-invasive glaucoma treatment using selective laser trabeculoplasty
  • underwater communication systems using blue-green q-switched lasers
  • laser-induced breakdown spectroscopy (libs) for remote chemical analysis
  • compact laser ignition systems for internal combustion engines
Relacionado a: comutação Q, laser pulsado, pulso gigante, potência de pico, fator Q, cavidade laser, inversão de população, armazenamento de energia, modulador acusto-óptico, célula de Pockels.

Contexto histórico

Comutação Q (lasers)

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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