アクティブQスイッチは、レーザー共振器内の光学損失を意図的に操作するために外部制御システムを利用することで機能します。これらのデバイス（音響光学変調器やポッケルスセルなど）は、光の強度に依存してパルスをトリガーするのではなく、ユーザーが決定した正確な瞬間までレーザー発振を防ぐために、光子を物理的にブロックまたは偏向させます。
コアの要点：アクティブQスイッチの決定的な利点は、エネルギー貯蔵とパルス放出を切り離す能力です。外部ドライバーを使用して共振器損失を管理することで、パルス放出の正確なタイミングを完全に制御できます。
動作原理：貯蔵と放出
アクティブスイッチを理解するには、まずそれが制御する環境を理解する必要があります。あらゆるQスイッチの目標は、連続ビームではなく、高エネルギーパルスレーザーを生成することです。
ブロッキングの作成
プロセスは、共振器損失を一時的に増加させることから始まります。Qスイッチはシャッターとして機能し、光が増幅媒質を往復するのを防ぎます。
潜在エネルギーの構築
パスがブロックされると、レーザーは光を放出できません。しかし、エネルギー源（ポンプ）は増幅媒質内の原子を引き続き励起します。これにより、媒質が貯蔵エネルギーで完全に飽和するまで、反転分布が増加します。
解放バルブ
飽和に達すると、Qスイッチは「開く」ようにトリガーされます。共振器損失は瞬時に急落します。利得しきい値が低下し、貯蔵されたエネルギーは1つの巨大で急速なパルスとして放出されます。これにより、非常に高いピークパワーを持つ非常に短いパルスが得られます。
アクティブ制御のメカニズム
アクティブQスイッチは、外部電源によって駆動される異なる物理的メカニズムを通じて、この「シャッター」効果を実現します。
音響光学変調器（AOM）
これらのデバイスは、音波を使用して光を制御します。変調器がアクティブになると、結晶内に音波が発生します。
この波は、自然放出された光子をレーザー共振器から物理的に偏向させる回折格子を作成します。デバイスがオンである限り、「損失」は高く、レーザーは発射できません。
パルスをトリガーするために、変調器はオフになります。格子が消え、光子が結晶を乱さずに通過して、誘導放出を開始できるようになります。
電気光学変調器（ポッケルスセル）
この方法は、電気光学効果、つまり材料の屈折率が電場に応答して変化することに依存しています。
ポッケルスセルは偏光スイッチとして機能します。通常、結晶に数キロボルトの電圧を印加するために高電圧ドライバーが必要です。
この電圧は、それを通過する光の偏光を変化させ、共振器の光路を効果的にブロックします。電圧を変更すると、適切な偏光が回復し、スイッチが開いてパルスが放出されます。
トレードオフの理解
アクティブQスイッチは特定の分野で優れたパフォーマンスを提供しますが、管理する必要のある複雑さを伴います。
統合の複雑さ
自己トリガー式のパッシブスイッチとは異なり、アクティブスイッチには外部ドライバーが必要です。ポッケルスセルの場合、これは高電圧電源（kV範囲）をシステムアーキテクチャに統合することを意味します。
同期要件
アクティブスイッチの主な利点は、ユーザー定義のタイミングです。しかし、これは、利得媒質が飽和したときにスイッチが正確に開くように、ポンプ源とQスイッチドライバー間の正確な電子同期を必要とします。
目標に合わせた適切な選択
アクティブQスイッチが光学システムに適したソリューションであるかどうかを判断する際は、タイミングと制御に関する特定の要件を考慮してください。
- 主な焦点が精密タイミングの場合：アクティブQスイッチングは不可欠です。これにより、外部制御エレクトロニクスによって定義された正確な瞬間にパルス放出をトリガーできます。
- 主な焦点がパルスエネルギー管理の場合：アクティブスイッチングにより、ホールドオフ時間を最適化でき、パルス放出前に利得媒質が完全に飽和していることを保証します。
アクティブQスイッチは、共振器の物理学を直接電子制御下に置くことにより、レーザーを連続光源から精密な高出力ツールに変革します。
概要表：
| 特徴 | 音響光学変調器（AOM） | 電気光学変調器（ポッケルスセル） |
|---|---|---|
| メカニズム | 音波誘起回折 | 電場誘起偏光変化 |
| トリガー方法 | 変調器オフ（格子が消える） | 電圧変化（偏光を回復させる） |
| 主な利点 | 高速スイッチング | 非常に高いパルスエネルギーを処理 |
| 要件 | 音波ドライバー | 高電圧ドライバー（kV範囲） |
| 最適な用途 | 高繰り返しレート | 高ピークパワーパルス生成 |
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