Q開關激光器是一種應用了主動調Q技術或被動調Q技術的激光器，這樣它就能發射出高能的光脈沖。這種激光器的典型應用是激光材料加工（如切割、鉆孔、激光打標）、泵送非線性頻率轉換裝置、測距和遙感。

Q 開關激光器可以連續泵浦或脈沖泵浦，例如 來自閃光燈（特別是對于低脈沖重復率）。對于連續泵浦，激光增益介質應具有較長的上能級壽命，以達到足夠高的存儲能量，而不是像熒光那樣損失能量。在任何情況下，飽和能量都不應太低，因為這可能導致增益過大（由于增益效率高），從而更難以抑制過早出現的激光。另一方面，太高的飽和能量會使有效的能量提取變得困難。

Q開關激光器的類型

最常見的類型是主動調Q固態體激光器，固體增益介質非常適合在足夠長的時間內儲存激發能量，體激光器允許大模式面積（因此具有更高的脈沖能量和峰值功率）和更短的激光諧振腔（與光纖激光器相比）。諧振器包含一個有源Q開關–一個光學調制器，在大多數情況下是一個聲光Q開關。

對于1μm光譜區的發射波長，最常見的脈沖激光器基于摻釹激光晶體，如Nd:YAG、Nd:YVO4或Nd:YLF，同時也可以使用摻鐿激光增益介質。小型主動調Q固態激光器可以在10ns脈沖中以1kHz重復率和100μJ脈沖能量發射100mW的平均功率，然后峰值功率約為9 kW。在低脈沖重復率（低于逆上態壽命）下，可獲得最高脈沖能量和最短脈沖持續時間，但平均輸出功率有所降低。具有10W 泵浦源（例如二極管棒）稍大一些的Nd:YAG激光器可以達到幾毫焦耳的脈沖能量。Nd:YVO4特別適用于短脈沖持續時間和高脈沖重復率，或用于低泵浦功率的操作。

具有較長發射波長的Q開關激光器通常基于摻鉺的激光增益介質，如1.65或2.94微米的Er:YAG，或約為2微米的摻銩晶體。

從放大器系統（MOPA）中可以明顯獲得更大的脈沖能量，對于高平均功率和中等脈沖能量，可以使用光纖MOPA，也稱為MOFA。

特別是對于低脈沖重復率，燈泵浦可能是經濟性較高的一個選擇，因為對于給定的峰值功率，放電燈比激光二極管便宜得多。 然而，對于更高的功率，二極管泵浦變得更具價值，這是因為大大降低了激光晶體中的熱效應。

被動調Q激光器包含一個可飽和吸收體（被動調Q開關），而不是調制器。于連續泵浦，可以獲得規則的脈沖序列，其中脈沖重復率隨著泵浦功率的增加而增加。脈沖的時間通常不能用外部手段精確控制。1μm激光器最常使用的可飽和吸收器是Cr:YAG晶體。

被動調Q微芯片激光器具有特別緊湊的結構，這種激光器通常發射能量在納焦到幾微焦之間、平均輸出功率為幾十毫瓦、重復頻率在幾千赫茲和幾兆赫之間的脈沖。

通常，被動調 Q 激光器的平均輸出功率比主動調 Q 激光器更受限制，因為可飽和吸收器會耗散一些能量。請注意，可飽和吸收器通常具有一些非飽和損耗，這通常會增加耗散能量，理論上遠遠超過不可避免的水平。

光纖激光器也可以進行主動或被動調Q。然而，全光纖設備在性能方面相當有限，而包含線性光元件（聲光 Q 開關）的Q開關光纖激光器不如線性激光器穩健且功能強大。相對較小的模式面積引入了光纖非線性和激光誘導損壞的問題，這限制了脈沖能量，尤其是可實現的峰值功率。注意：光纖激光器中通常非常高的激光增益對激光動力學有重要影響； 特別是，它可以導致形成復雜的時間子結構。

另一方面，高功率光纖放大器適用于放大平均功率較高但脈沖能量適中的脈沖串。在這樣的放大器中，一定程度的非線性脈沖失真對于應用來說通常是可以接受的。

Q開關激光器的應用

調Q激光器有著廣泛的應用。一些例子：

• 激光材料加工，例如激光切割、激光鉆孔、激光標記、激光圖案制作；
• 激光測距儀；
• 三維成像激光雷達；
• 激光誘導擊穿光譜；
• 醫療應用，如皮膚科和紋身去除；
• 用于非線性頻率轉換的泵浦裝置，例如脈沖光學參量振蕩器；
• 熒光光譜；

激光安全

請注意，即使是平均輸出功率較低的激光器，其高脈沖能量和峰值功率也會引起嚴重的激光安全問題。在許多情況下，激光直射入眼睛可能導致失明，甚至對于在“人眼安全”光譜區域工作的調Q激光器也是如此，應該做好相應的防護措施。