アクティブQスイッチレーザーは、一般的にパッシブレーザーよりも大幅に高いパルスエネルギーを生成します。この性能差は、アクティブシステムが外部制御を使用して、完全な反転分布を達成するために必要な正確な時間だけ光学シャッターを閉じたままにすることで、放出前に蓄積されたエネルギーを最大化するために生じます。対照的に、パッシブシステムは、吸収体が飽和するとすぐにエネルギーを自動的に放出しますが、これは多くの場合、利得媒質がその潜在能力を最大限に発揮する前に発生します。
コアの要点 アクティブQスイッチングは、エネルギー放出のタイミングを利得媒質のピーク蓄積容量と一致させることにより、パルスエネルギーを最大化することを可能にします。パッシブQスイッチングは、パルスが吸収体の飽和レベルに基づいて自動的にトリガーされるため、制御されたタイミング信号ではなく、シンプルさと引き換えに最大エネルギーポテンシャルを犠牲にします。
アクティブ制御による最大エネルギーの達成
外部タイミングの役割
ポッケルスセルなどのデバイスを利用するアクティブQスイッチ（AQSW）システムは、オペレーターに「シャッター」時間に対する直接制御を提供します。
これにより、利得媒質の物理学によって厳密に決定される期間、レーザーキャビティを閉じたままにすることができます。
反転分布の最適化
シャッターを閉じたままにすることで、システムはポンプ源が利得媒質を励起し、完全な反転分布に達するまでエネルギーを供給できます。
シャッターは、蓄積されたエネルギーが媒質の準安定状態の減衰寿命と一致する正確なタイミングで開くようにトリガーされます。
結果としてのピークパワー
タイミングが最大蓄積のために最適化されているため、結果として得られる出力は、単一で非常に強力なパルスです。
これにより、アクティブシステムは、可能な限り最高のピークパワーとパルスエネルギーを必要とするアプリケーションの標準となっています。
パッシブシステムの制約
飽和トリガーメカニズム
パッシブQスイッチ（PQSW）レーザーは、電子制御スイッチではなく、飽和吸収体に依存しています。
この吸収体は、特定の量の光エネルギーを吸収すると（飽和すると）自動的に開くゲートとして機能します。
早期エネルギー放出
「ゲート」は飽和に基づいて開くため、パルスは利得媒質が最大の反転分布を達成する前に放出されることがよくあります。
一部のパッシブスイッチはミリジュール（mJ）範囲で大きなパルスを生成できますが、一般的にアクティブシステムのエネルギー上限に達することはできません。
熱的制約
パッシブシステムは、飽和吸収体でのエネルギー散逸により、追加の制約に直面します。
これらの吸収体は、非飽和損失をしばしば被り、熱を発生させるため、アクティブバリアントと比較してシステムの総平均出力電力が制限されます。
トレードオフの理解
コスト対能力
アクティブシステムは、必要な高電圧電子機器とタイミング回路により、技術的に複雑で高価です。
パッシブシステムは、統合が大幅に安価でシンプルであるため、最大エネルギーが重要でないアプリケーションに魅力的です。
パルス挙動と安定性
アクティブシステムは、コマンドに応じて一貫した単一の巨大パルスを配信することに優れています。
パッシブシステムは、特定の医療アプリケーションで指摘されているように、単一のバーストではなくパルストレインでエネルギーを放出する可能性があり、アクティブユニットの正確なトリガー制御が欠けています。
目標に合わせた適切な選択
適切なQスイッチング方法を選択するには、高パルスエネルギーの必要性と予算と複雑さを比較検討する必要があります。
- 主な焦点が最大パルスエネルギーと正確なタイミングである場合：アクティブQスイッチレーザーを選択してください。これにより、利得媒質のエネルギー蓄積能力を最大限に活用できます。
- 主な焦点がコスト効率とシンプルさである場合：ピークパワーとタイミング制御が低くてもアプリケーションが許容できる場合は、パッシブQスイッチレーザーを選択してください。
- 主な焦点が中程度のエネルギーと高平均出力である場合：MOPA（マスターオシレーターパワーアンプ）構成、特にファイバーベースのMOFAを検討してください。これらは、初期オシレーターの出力を増幅します。
最終的に、アクティブQスイッチングは高エネルギー性能のための決定的な選択肢であり、パッシブQスイッチングは要求の少ないアプリケーション向けの合理化されたソリューションを提供します。
概要表：
| 特徴 | アクティブQスイッチレーザー | パッシブQスイッチレーザー |
|---|---|---|
| パルスエネルギー | 大幅に高い（最大） | 低い（飽和により制限） |
| 制御メカニズム | 外部（ポッケルスセル/EO/AO） | 自動（飽和吸収体） |
| タイミング精度 | 正確なユーザー制御 | 飽和によってトリガーされる |
| 複雑さ＆コスト | 高い（高度な電子機器） | 低い（シンプル＆統合） |
| 最適 | 高ピークパワー医療アプリ | 費用対効果の高い、シンプルなタスク |
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