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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.

O termo "comutação Q" refere-se à modulação do fator de qualidade (fator Q) do ressonador óptico do laser. O fator Q é uma medida da capacidade de armazenamento de energia do ressonador; um fator Q alto significa baixa perda, enquanto um fator Q baixo significa alta perda. O processo de comutação Q envolve duas etapas. Primeiro, o fator Q da cavidade é mantido deliberadamente baixo (alta perda) enquanto o meio ativo está sendo bombeado. Isso impede o acúmulo de emissão estimulada e evita o início da emissão laser, mesmo que uma inversão de população muito grande esteja sendo criada. O meio ativo atua como um capacitor de armazenamento de energia.

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 tattoo removal
  • 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

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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)

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