Un laser qui incorpore la commutation Q fonctionne avec des impulsions d’énergie lumineuse plutôt qu’un faisceau continu. L’intensité de chaque impulsion est extrêmement élevée par rapport à un faisceau émis en permanence. Également connu sous le nom de formation d’impulsions géantes, le processus crée des impulsions répétées lorsque le laser est déclenché. Un laser Q-switch possède un dispositif interne qui affecte directement les performances du résonateur optique du laser, en modifiant son facteur de qualité, ou facteur Q. En évaluant cette variable, les opérateurs laser peuvent savoir combien de retour de lumière se produit entre le milieu de gain du laser et le résonateur, pour contrôler de courtes et puissantes rafales d’énergie laser.
Dans la commutation Q, l’énergie s’accumule dans le milieu de gain du laser avant qu’elle ne soit libérée. La rétroaction du résonateur laser est empêchée à ce stade, et l’énergie est stockée dans le milieu de gain jusqu’à ce qu’un niveau de saturation soit atteint. Combiné à l’amplification optique, ce processus augmente l’intensité lumineuse si rapidement que l’énergie stockée est libérée et consommée presque immédiatement.
À l’intérieur du laser, un Q-switch peut être un obturateur mécanique, un miroir tournant ou un modulateur optique. Il peut également se présenter sous la forme d’un matériau absorbant saturable comme dans le cas d’un laser passif à commutation Q. Les lasers à commutation Q de ce type peuvent également incorporer un cristal ou un miroir absorbant saturable à semi-conducteur. Un laser Q-switch émet généralement de la lumière par rafales de deux nanosecondes à la fois. L’intensité de l’impulsion dépend de la capacité de stockage d’énergie du milieu de gain et de la capacité du système à empêcher les émissions spontanées avant l’accumulation maximale d’énergie.
Les lasers à fibre et les lasers qui utilisent des cristaux et du verre peuvent tous utiliser la commutation Q. Selon le type de laser et sa capacité à distribuer l’énergie, la capacité du Q-switch peut varier. Certaines caractéristiques laser ou combinaisons de celles-ci peuvent conduire un ingénieur à ajuster le taux de répétition des impulsions en fonction du niveau d’énergie requis. La durée de l’impulsion générée par le dispositif de commutation peut également avoir besoin d’être configurée, ce qui peut être fait manuellement avec un laser à commutation Q actif.
Les applications des lasers à commutation Q incluent la découpe du métal par une entreprise de fabrication ou des travaux dentaires localisés où des salves laser rapides et de haute intensité sont bénéfiques. Dans le marquage laser, le Q-switch doit être activé et désactivé à des intervalles spécifiques qui varient en fonction du travail effectué. Les lasers sont également Q-switchés dans des applications médicales telles que la chirurgie plastique et le détatouage.