Q开关可以在对激光光束产生非常小或者非常高损耗之间快速转换。这一器件通常用在激光器谐振腔中，实现对激光器进行有源的Q开关，这是一种产生短的强脉冲的方法，脉冲长度在纳秒范围。Q开关还可以与倾腔结合产生脉冲，但是这种情况下对于光开关的具体要求也是不同的。 

目录

1. Q开关的类型 

   1.1 声光Q开关

   1.2 电光Q开关

   1.3 无源Q开关

2. 关键性质

Q开关的类型 

声光Q开关

图1：非共振声光调制器的示意图。换能器产生声波，光束部分的被其衍射。 

最常见的Q开关类型就是声光调制器。只要声波关闭，晶体或者玻璃片产生的透射损耗就非常小，但是声波打开后，会产生很强的布拉格反射，每次通过产生的损耗在50%左右，在线性激光谐振腔中通过两次会产生75%的损耗。为了产生声波，电子学驱动器需要功率在1W的射频功率（或者在大孔径器件中需要几个瓦特）和100MHz的微波频率（RF）。 

器件中存在许多需要权衡的参数。例如，具有很高电光系数的二氧化碲材料需要很小的声波功率，但是损伤阈值比较适中。晶体石英或者熔融二氧化硅可以承担很高的光强，但是也需要更高的声波功率（以及射频功率）。需要的声波功率还与器件的孔径有关：高功率激光器需要大孔径器件，同时也需要更高的声波功率。Q开关产热很多，因此需要采用水冷却装置。而在低功率水平，则只需要传导冷却。 

开关速度（或者调制带宽）最终并不是受声光换能器限制，而是由声波速度和光束直径。 

为了抑制光学表面的反射，通常需要采用抗反射涂层。还有的Q开关的有源器件工作在布儒斯特角。 

电光Q开关

Q开关微片激光器需要非常高的开关速度，这时需要采用电光调制器。其中，光的偏振态通过声光效应（普克尔斯效应）被改变，然后采用偏振片就将偏振态的改变转变成对于损耗的调制。与声光器件相比，它需要更高的电压（需要得到纳秒的开关速度），但是不需要射频信号。 

— 机械Q开关 调Q激光器最早常用机械Q开关，大多数情况下以旋转反射镜的形式。其中，一个很小的激光反射镜放置在快速旋转的器件上。反射镜作为线性激光器谐振腔的一个端反射镜。当反射镜接近激光器谐振腔时，脉冲产生。这种方案非常简单且稳定，尤其适用于具有相对长脉冲时间的高功率激光器。 

无源Q开关

无源开关是饱和吸收器，由激光本身触发。其中，Q开关自身引入的损耗非常小，一旦增益介质中储存足够的能量，激光增益就会大于损耗。激光功率开始缓慢增大，一旦吸收器达到饱和，损耗会减小，净增益增加，激光功率快速增大形成短脉冲。 

在无源Q开关YAG激光器中，Cr4+:YAG晶体通常作为无源Q开关。还有其它可用的材料，例如，各种掺杂晶体和玻璃，半导体饱和吸收反射镜尤其适用于产生小的脉冲能量。 

关键性质 

在选取合适的Q开关时，需要考虑以下因素： 

1. 工作波长，会影响所需的抗反射涂层 

2. 开放孔径 

3. 在高损耗状态（尤其是高增益激光器中）和低损耗状态（影响功率效率）的损耗 

4. 开关速度（尤其在短脉冲激光器中） 

5. 损伤阈值强度 

6. 所需射频功率 

7. 冷却要求 

8. 装置的尺寸（尤其在小型激光器中） 

同时，电子学驱动需要适合Q开关。