共振腔的Quality值表征腔內存儲能量和單周期損耗能量之比，Q值越高損耗越小。Q開關激光器通過光泵存儲能量，并在腔內插入Q開關元件周期性地引入高損耗。如果用α表示共振腔損耗，則：

聲光調Q原理

聲光調Q是通過電聲轉換形成超聲波使調制介質折射率發(fā)生周期性變化, 對入射光起衍射作用, 使之發(fā)生衍射損耗,Q 值下降, 激光振蕩不能形成。在光泵激勵下其上能級反轉粒子數(shù)不斷積累并達到飽和值, 這時突然撤除超聲場, 衍射效應立即消失, 腔內Q 值猛增, 激光振蕩迅速恢復, 其能量以巨脈沖形式輸出。

電光調Q原理

電光調Q是指在激光諧振腔內加置一塊偏振片和一塊KD*P晶體。光經(jīng)過偏振片后成為線偏振光，如果在KD*P晶體上外加λ/4電壓，由于泡克爾斯效應，使往返通過晶體的線偏振光的振動方向改變π/2。如果KD*P晶體上未加電壓，往返通過晶體的線偏振光的振動方向不變。所以當晶體上有電壓時，光束不能在諧振腔中通過，諧振腔處于低Q狀態(tài)。由于外界激勵作用，上能級粒子數(shù)便迅速增加。當晶體上的電壓突然除去時，光束可自由通過諧振腔，此時諧振腔處于高Q值狀態(tài)，從而產(chǎn)生激光巨脈沖。電光調Q的速率快，可以在10-8秒時間內完成一次開關作用，使激光的峰值功率達到千兆瓦量級。如果原來諧振腔內的激光已經(jīng)是線偏振光，在裝置電光調Q措施時不必放置偏振片。

所以，Q開關的本質是調制損耗和載流子反轉閾值。對于低Q值，由于高損耗和高閾值，即使介質材料中的能量和增益都很高也無法形成激光振蕩，所以載流子反轉水平將遠高于普通激光器?；謴透逹值后，能量瞬間釋放，發(fā)射一個巨脈沖。

只要能使損耗突變的元件都能用作Q開關，比如旋轉棱鏡、電光調制器、聲光調制器和可飽和吸收體。前三種方法通過外部驅動控制，故稱主動調Q；對于可飽和吸收體，低強度光被吸收，高強度光透射，因此可通過腔內光強被動調制損耗，故稱被動調Q。

調Q激光器基本工作原理

調Q脈沖的演變過程如上圖所示，因為損耗和載流子反轉閾值成正比，所以高損耗對應高反轉閾值(Nta)，低損耗對應低反轉閾值(Ntb)。

t=0時，泵浦打開并維持高損耗，此時的高反轉閾值Nta大于小信號反轉密度N0，激光振蕩無法啟動，載流子反轉密度N(t)不斷升高。

t=t1時，損耗忽然降低，此時的低反轉閾值Ntb小于N0，激光振蕩啟動，光子數(shù)迅速增加。輸出激光降低載流子反轉水平，當N(t)小于Ntb后，損耗再次大于增益，光子數(shù)密度從峰值迅速減少直到脈沖結束。

t=t2時，恢復高損耗準備下一個脈沖。

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