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Q开关(激光器)

1962
  • R. W. Hellwarth
  • F. J. McClung
现代实验室中用于非线性光学应用的Q开关激光系统。

(图片仅供参考)

Q开关是一种产生高强度、短脉冲激光的技术。其工作原理是暂时抑制激光活动,使增益介质通过粒子数反转储存大量能量。然后,激光器的品质因子(Q值)迅速切换到高值,导致储存的能量以单个强大的纳秒脉冲的形式释放出来。

The term ‘Q-switching’ refers to the modulation of the quality factor (Q-factor) of the laser’s 光学谐振器. 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.

当增益介质中储存了最大可能的能量后,品质因数(Q值)会突然切换到高值(低损耗)。这是通过放置在谐振腔内的Q开关器件实现的。由于损耗此时非常低,光增益远远超过激光阈值。谐振腔内自发辐射的强光子场会迅速触发大规模的受激辐射级联,几乎瞬间耗尽增益介质中储存的能量。这会导致发射出一个峰值功率极高(兆瓦到吉瓦级)、持续时间极短(通常在纳秒量级)的巨型光脉冲。常见的Q开关器件包括旋转镜(最初的方法)、声光调制器和电光调制器(泡克尔斯盒)。

UNESCO Nomenclature: 2210
- 光学

类型

技术

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • 激光的发明
  • 对激光腔动力学和Q因子的理解
  • 快速光学快门(例如,克尔盒)的开发

应用程序

  • 激光 纹身 移动
  • 工业材料加工(切割、钻孔)
  • 用于测绘和测距的激光雷达系统
  • 泵浦其他激光器(例如,染料激光器)
  • 非线性光学研究

专利:

NA

潜在创新理念

  • 用于手持式激光雷达设备的微型化Q开关激光器
  • passively q-switched microchip lasers for portable 光谱学
  • 用于快速材料加工的高重复频率Q开关激光器
  • 用于产生可调谐太赫兹辐射的双腔Q开关激光器
  • 用于光纤激光器的石墨烯基无源Q开关
  • 用于清除空间碎片的Q开关激光器
  • 采用选择性激光小梁成形术的非侵入性青光眼治疗
  • 利用蓝绿调Q激光器的水下通信系统
  • laser-induced breakdown spectroscopy (libs) for remote chemical analysis
  • 用于内燃机的紧凑型激光点火系统
相关术语:Q开关、脉冲激光器、巨脉冲、峰值功率、Q因子、激光腔、粒子数反转、能量存储、声光调制器、Pockels盒。

历史背景

Q开关(激光器)

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

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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