Q-스위칭은 고강도, 단-펄스 레이저 방사선을 생성하는 방법입니다. 기본 작동 원리는 다음과 같습니다. 첫째, 이득 매질은 광학적으로 펌핑되지만 공진 공동은 높은-손실 수준(즉, 낮은 Q-인자)으로 유지됩니다. 결과적으로 에너지는 레이저 광의 형태로 추출될 수 없습니다. 이 손실을 조절하는 데 사용되는 방법은 크게 능동 또는 수동으로 분류될 수 있습니다. 결과적으로 공진 공동 내 손실이 급격히 감소합니다. 이 시점에서 게인은 캐비티 손실을 크게 초과하여 캐비티 내 전력이 -일반적으로 게인 매질의 희미한 형광에서 시작하여-이득이 포화되고 전력이 다시 한 번 감소하기 시작할 때까지 기하급수적으로 증가합니다.
이러한 광 펄스를 생성하면 이득 매질 내에 저장된 대부분의 에너지를 추출할 수 있습니다. 높은 펄스 에너지를 달성하려면 이득 매체가 상당한 에너지를 저장할 수 있는 용량을 보유해야 합니다. 이를 위해서는 긴 상위-상태 수명, 고밀도의 레이저-활성 이온 또는 원자, 지나치게 높지 않은 이득 효율이 필요합니다. 이 후자의 요구 사항은 매우 중요합니다. 그렇지 않으면 증폭 자연 방출(ASE)이 에너지 저장을 제한하므로 조기 레이저 진동을 방지하기 위해 극도로 높은 초기 공동 손실이 필요합니다. Q-스위치 레이저에 가장 일반적으로 사용되는 이득 매체는 희소-토류-도핑된 결정과 유리입니다. 결과적으로 고체-상태 레이저는 Q-스위치 시스템의 가장 널리 사용되는 유형을 나타냅니다. 그럼에도 불구하고 광섬유 레이저는 Q-스위치 작동용으로 구성할 수도 있으며 광섬유 증폭기와 결합하면 매우 높은 평균 출력을 제공할 수 있습니다.
능동 대 수동 Q-스위칭: 능동 Q-스위칭은 일반적으로 공진 공동 내에 음향{3}}변조기를 통합하여 공동 손실을 능동적으로 조절합니다. RF 신호에 의해 구동되는 음향{5}}광학 변조기는 광선이 1차-차 회절을 통해 공진 공동에서 나가도록 하여 상당한 손실을 초래합니다. RF 신호가 일시적으로 꺼지면 펄스가 생성됩니다. 높은 반복률을 달성하려면 Q-스위치가 반복적으로 트리거되는 동안 이득 매체에 지속적인 펌핑이 필요합니다. 반대로, 최대 펄스 에너지를 얻으려면 낮은 반복률과 결합된 펄스 펌핑(예: 플래시램프 펌핑)이 필요합니다.
수동 Q-스위칭은 능동 변조기 대신 포화 흡수체를 사용합니다. 예를 들어, Nd:YAG 레이저는 Cr⁴⁺:YAG 결정을 포화 흡수체로 활용할 수 있습니다. 다른 파장에 대해 다른 포화 흡수체 결정을 선택할 수 있지만 SESAM(Semiconductor Saturable Absorber Mirror)은 광범위한 작동 파장에 적합합니다.
