[科普中國]-Q開關(guān)

Q開關(guān)（英文：Q-switching），也稱巨脈沖發(fā)生器，是一種產(chǎn)生脈沖激光的技術(shù)。

簡介與同樣用來產(chǎn)生脈沖的鎖模方式相比，Q開關(guān)方式的重復(fù)率，脈沖能量，脈沖持續(xù)時間更長。 有時，這兩種技術(shù)也會同時使用。通過改變激光共振腔Q值，提高激光器輸出功率和壓縮激光脈沖寬度的技術(shù)。

歷史Q開關(guān)由Gordon Gould于1958年發(fā)明，隨后R.W. Hellwarth and F.J 在1961至1962年也獨立發(fā)明了應(yīng)用于紅寶石激光器的電驅(qū)動Q開關(guān)。1

結(jié)構(gòu)原理Q開關(guān)的組成：

Q開關(guān)元件主要由石英晶體，壓電換能器，阻抗匹配元件，射頻插頭和殼體組成。

Q開關(guān)控制激光的原理：

Q開關(guān)是激光光學(xué)系統(tǒng)中一個重要光學(xué)元件，它通過阻斷和不阻斷光的反射通道來抑制和產(chǎn)生激光脈沖。不給壓電換能器施加射頻信號時，石英晶體保持其原有的常規(guī)折射率，由激光棒發(fā)射出來的平行光透過石英晶體，經(jīng)后反光鏡發(fā)射再穿過石英晶體，返回激光棒。

一旦給壓電換能器施加射頻信號，壓電換能器立即在石英體內(nèi)產(chǎn)生超聲波。

超聲波壓迫石英晶體使它的折射率發(fā)生變化，透過石英晶體的光線發(fā)生折射而偏離后反光鏡，使得沒有光線返回激光棒。由于激光光線返回激光棒是激發(fā)激光的必要條件，所以產(chǎn)生激光的進程停止，因此給壓電換能器施加和撤除射頻信號，是關(guān)掉和釋放激光的重要控制手段。2

開關(guān)分類市場上有2種Q開關(guān)，一種是風(fēng)冷Q開關(guān)，一種是水冷Q開關(guān)。Q開關(guān)有27M，40M，80M等規(guī)格。激光打標(biāo)機常用Q開關(guān)都是27M的。在目國內(nèi)市場一般都是采用27M的水冷Q開關(guān)。

被動Q開關(guān)是由激光器本身完成Q值的變化的。主動Q開關(guān)是由外部機械或電子信號使Q值的變化的。他們的共同原理都是有意降低初始所激發(fā)出來的光子的能量，即Q值，常用的Q開關(guān)有：

1、可飽和吸收體Q開關(guān)：這是屬于被動Q開關(guān)。在共振腔內(nèi)放可飽和吸收染料盒、色心晶體等。它們對腔內(nèi)的激光透過率是光強的函數(shù)，在開始時，共振腔內(nèi)的受 激輻射強度低，它們對光輻射的吸收率大，即共振腔的Q值很低；當(dāng)工作物質(zhì)被充分泵浦而達到激光振蕩閾值時，它們發(fā)生飽和吸收，透過率上升到近100%，共 振腔的Q值也隨即突然升高到很高的數(shù)值。

2、電光晶體Q開關(guān)：這是主動Q開關(guān)。在共振腔內(nèi)放電光元件和偏振分析器。當(dāng)給電光元件加上外電場時會使通過的激光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，由此可控制光束通過分析器的透過率。共振腔的Q值與分析器的透過率有關(guān)?，F(xiàn)在最常見的電光元件是克爾盒和普克爾盒。

3、轉(zhuǎn)鏡式Q開關(guān)：這是主動Q開關(guān)。用馬達帶動共振腔的一塊三棱鏡高速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的鏡子轉(zhuǎn)到與共振腔另一面反射鏡精確平行的位置時，腔的Q值最高，其它位 置都比較低，反射鏡的轉(zhuǎn)動必須與閃光燈的觸發(fā)同步，使兩塊反射鏡達到平行時，工作物質(zhì)已得到充分的泵浦。這種Q開關(guān)的主要優(yōu)點是重復(fù)性好，主要缺點是容易產(chǎn)生噪聲。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李嘉騫 - 博士 - 同濟大學(xué)