Q开关

一种产生脉冲激光的技术

Q开关（英文：Q-switching），也称巨脉冲发生器，是一种产生脉冲激光的技术。

简介

与同样用来产生脉冲的锁模方式相比，Q开关方式的重复率，脉冲能量，脉冲持续时间更长。有时，这两种技术也会同时使用。通过改变激光共振腔 Q值，提高激光器输出功率和压缩激光脉冲宽度的技术。

历史

Q开关由Gordon Gould于1958年发明，随后R.W. Hellwarth and F.J 在1961至1962年也独立发明了应用于红宝石激光器的电驱动Q开关。

结构原理

Q开关的组成：

Q开关元件主要由石英晶体，压电换能器，阻抗匹配元件，射频插头和壳体组成。

Q开关控制激光的原理：

Q开关是激光光学系统中一个重要光学元件，它通过阻断和不阻断光的反射通道来抑制和产生激光脉冲。不给压电换能器施加射频信号时，石英晶体保持其原有的常规折射率，由激光棒发射出来的平行光透过石英晶体，经后反光镜发射再穿过石英晶体，返回激光棒。

一旦给压电换能器施加射频信号，压电换能器立即在石英体内。压迫石英晶体使它的折射率发生变化，透过石英晶体的光线发生折射而偏离后反光镜，使得没有光线返回激光棒。由于激光光线返回激光棒是激发激光的必要条件，所以产生激光的进程停止，因此给压电换能器施加和撤除射频信号，是关掉和释放激光的重要控制手段。

开关分类

市场上有2种Q开关，一种是风冷Q开关，一种是水冷Q开关。Q开关有27M，40M，80M等规格。激光打标机常用Q开关都是27M的。在目国内市场一般都是采用27M的水冷Q开关。

被动Q开关是由激光器本身完成Q值的变化的。主动Q开关是由外部机械或电子信号使Q值的变化的。他们的共同原理都是有意降低初始所激发出来的光子的能量，即Q值，常用的Q开关有：

1、可饱和吸收体Q开关：这是属于被动Q开关。在共振腔内放可饱和吸收染料盒、色心晶体等。它们对腔内的激光透过率是光强的函数，在开始时，共振腔内的受激辐射强度低，它们对光辐射的吸收率大，即共振腔的Q值很低；当工作物质被充分泵浦而达到激光振荡阈值时，它们发生饱和吸收，透过率上升到近100%，共振腔的Q值也随即突然升高到很高的数值。

2、电光晶体Q开关：这是主动Q开关。在共振腔内放电光元件和偏振分析器。当给电光元件加上外电场时会使通过的激光的偏振面发生旋转，由此可控制光束通过分析器的透过率。共振腔的Q值与分析器的透过率有关。现在最常见的电光元件是克尔盒和普克尔盒。

3、转镜式Q开关：这是主动Q开关。用马达带动共振腔的一块三棱镜高速旋转，当旋转的镜子转到与共振腔另一面反射镜精确平行的位置时，腔的Q值最高，其它位置都比较低，反射镜的转动必须与闪光灯的触发同步，使两块反射镜达到平行时，工作物质已得到充分的泵浦。这种Q开关的主要优点是重复性好，主要缺点是容易产生杂波。

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