Un laser che incorpora la commutazione Q funziona con impulsi di energia luminosa anziché con un raggio continuo. L’intensità di ogni impulso è estremamente elevata rispetto a un raggio che viene emesso costantemente. Conosciuto anche come formazione di impulsi giganti, il processo crea impulsi ripetuti quando il laser viene sparato. Un laser Q-switch ha un dispositivo interno che influisce direttamente sulle prestazioni del risonatore ottico del laser, modificandone il fattore di qualità o fattore Q. Valutando questa variabile, gli operatori laser possono sapere quanto feedback luminoso si verifica tra il mezzo di guadagno del laser e il risonatore, per controllare brevi e potenti esplosioni di energia laser.
In Q-switching, l’energia si accumula nel mezzo di guadagno del laser prima di essere rilasciata. Il feedback dal risonatore laser viene impedito in questa fase e l’energia viene immagazzinata nel mezzo di guadagno fino al raggiungimento di un livello di saturazione. In combinazione con l’amplificazione ottica, questo processo aumenta l’intensità della luce così rapidamente che l’energia immagazzinata viene rilasciata e consumata quasi immediatamente.
All’interno del laser, un Q-switch può essere un otturatore meccanico, uno specchio rotante o un modulatore ottico. Può anche essere sotto forma di un materiale assorbente saturabile come nel caso di un laser Q-switching passivo. I laser Q-switching di questo tipo possono incorporare anche uno specchio assorbitore saturabile a cristallo o semiconduttore. Un laser Q-switch generalmente emette luce a raffiche di due nanosecondi alla volta. L’intensità dell’impulso dipende dalla capacità di accumulo di energia del mezzo di guadagno e dalla capacità del sistema di prevenire le emissioni spontanee prima del massimo accumulo di energia.
I laser in fibra e i laser che utilizzano cristalli e vetro possono utilizzare tutti il Q-switching. A seconda del tipo di laser e della sua capacità di distribuire energia, la capacità del Q-switch può variare. Alcune caratteristiche del laser o combinazioni di esse possono indurre un ingegnere a regolare la frequenza di ripetizione dell’impulso in base al livello di energia richiesto. Potrebbe anche essere necessario configurare la durata dell’impulso generato dal dispositivo di commutazione, che può essere eseguita manualmente con un laser Q-switching attivo.
Le applicazioni per i laser Q-switching includono il taglio di metalli da parte di un’azienda manifatturiera o interventi odontoiatrici localizzati in cui sono utili esplosioni laser rapide e ad alta intensità. Nella marcatura laser, il Q-switch deve essere acceso e spento ad intervalli specifici che variano in base al lavoro svolto. I laser sono anche Q-switch in applicazioni mediche come la chirurgia plastica e la rimozione di tatuaggi.