摘要：一些材料，如含有卤素的惰性气体的激发二聚体(或“激基体”)，如ArF和XeCl，只能在几十纳秒的短时间内维持激光作用。其他激光器，如Nd或Yb二极管泵浦固态(DPSS)激光器，适合在CW或脉冲操作中运行。其他激光器，如激光二极管或OPSL，根本不适合脉冲操作。

图：显示固态激光器中Q开关工作原理的示意图

一些材料，如含有卤素的惰性气体的激发二聚体(或“激基体”)，如ArF和XeCl，只能在几十纳秒的短时间内维持激光作用。其他激光器，如Nd或Yb二极管泵浦固态(DPSS)激光器，适合在CW或脉冲操作中运行。其他激光器，如激光二极管或OPSL，根本不适合脉冲操作。在此背景下，我们将其定义为产生0.5至500纳秒脉冲的“脉冲”激光设备。该制度适用于时间分辨科学实验，尤其适用于与烧蚀或其他类型的非热材料改性相关的各种制造工艺。纳秒脉冲激光最重要的特性是能够非常快速地“存储”和释放能量;即以纳秒为尺度使得激光输出可以实现数十千瓦至兆瓦的峰值功率。正是这种高峰值功率使材料的烧蚀处理成为可能。此外，高峰值功率能够实现许多所谓的光学非线性过程，如谐波产生和光学参量放大。

操作纳秒脉冲激光器与操作CW激光器有很大不同。为了构建和产生每个脉冲，光在激光腔内只有很少的往返时间，而迄今为止描述的基于部分透射镜的简单双镜腔无法产生这些高能短脉冲。产生这些高能脉冲的关键是通过阻止激光增益和放大过程，将泵浦的能量存储在激光介质的原子或分子中。然后，当存储的能量达到最大值时，激光作用迅速启动：存储的能量导致极高的激光增益，仅在几次往返中发生，在此期间，一个巨大的脉冲积聚并通过部分透射镜耦合。这种状态被称为调q操作，可以被概念化为双镜腔，其中一个反射镜和激光介质之间有一个光学门(图6)。当门关闭并且激光介质被泵浦时，光子不能在腔中循环，并且原子的激发增强;一旦栅极打开，光子就开始通过受激发射积累起来，每次往返都有很大的增益;其中的一小部分(约20%至40%)通过部分透射镜耦合。结果是一个脉冲，其上升时间非常快，下降时间较慢，典型持续时间为1至200纳秒。脉冲持续时间取决于几个参数：增益介质的类型及其可以存储多少能量、腔长、脉冲的重复率和泵浦能量，仅举最重要的几个参数。工业中常用的调Q激光器可以产生高达数十或数百瓦的平均功率，重复率低至10Hz或高达300kHz。大多数工业过程都在数万赫兹到数百赫兹的范围内。

实际的调q装置是声光调制器或电光调制器(EOM)。两者都使用晶体，其中外加电场会对晶体的光学性质产生一些扰动。在声光调制器的情况下，施加的电场是一个射频电压，在晶体中产生高频声波。这种声波衍射激光中的光子，防止激光放大。相反，EOM使用施加的高电压来改变晶体折射率并改变入射光的偏振;可以在腔中放置偏振敏感光学器件的适当组合以仅允许改变偏振的光循环，从而在向EOM施加电压时发射ms脉冲。

其他类型的激光器，如准分子激光器，不需要调q来产生纳秒脉冲，而是依赖于瞬态泵浦脉冲：准分子激光脉冲是通过用强大而短的放电激发稀有气体/卤素混合物来产生的。钛蓝宝石激光器也可以产生纳秒级脉冲，如果它们被频率加倍的调q YAG激光器产生的纳秒级绿光脉冲泵浦的话。这种方法被称为增益开关，因为直接改变的是腔增益而不是腔损耗。

除了大量的工业应用外，调q激光器在科学研究中也有重要的应用。一种是通过在1-10 kHz使用调q Nd:YAG或Nd:YLF的倍频(绿色)输出泵送Ti：蓝宝石超快放大器(在下一节中描述)。另一种是使用YAG或YLF激光器在1-100赫兹的焦耳范围内产生每脉冲的能量。这些激光器通常与非线性光学发生器一起使用，可以在紫外，可见光和红外区域产生可调谐的波长，从而实现时间和波长分辨的研究。现在大多数YAG或YLF激光器工作在bbb1khz二极管泵浦，而高能10至100赫兹系统需要泵浦与闪光灯，因为二极管不适合产生高能输出脉冲。

在某些科学应用中，可能需要窄线宽调q激光器。在某些情况下，这可以使用光学光栅和标准子的组合来完成;在其他情况下，激光可以用低功率连续波或调q窄线宽激光器“播种”，这比高功率阶段更容易控制。这种方法称为“注入播种”，使用MOPA(主振荡器，功率放大器)，从概念上将线宽选择和大功率产生分为两个阶段，并针对这两个目的进行优化设计。

来源：东方闪光