Q開??關鎖模——具有強烈脈沖能量波動的鎖模激光器的工作機制

Q開關鎖模是被動鎖模激光器的一種操作方式，其中腔內脈沖能量經歷與動態不穩定性（無阻尼弛豫振蕩）相關的大振蕩。在產生下一組脈沖之前，脈沖能量甚至可能對于多個后續脈沖變得非常小。

在Q開關鎖模（紅色）條件下，被動Q開關激光器中光功率的演變，其中產生超短脈沖束，以及具有恒定脈沖能量的常規鎖模（藍色）。

該激光動力學可以使用相對簡單的調查動態模型。使用某些近似值，可以推導出高于某個Q 開關鎖模閾值的穩定鎖模標準（即沒有 Q 開關鎖模或Q開關不穩定性）：E²_p>E_sat,gE_sat,aΔR，其中E_p是腔內脈沖能量，E_sat,g是增益介質的飽和能量，E_sat,a是可飽和吸收體的飽和能量，ΔR是吸收體的調制深度。

Q開關不穩定性的起源是可飽和吸收器通常以較低的諧振器損耗“獎勵”較高的脈沖能量，從而減少弛豫振蕩的阻尼。這是否會導致 QML取決于其他因素；根據各種參數，增益飽和可能足以穩定脈沖能量。

Q開關鎖模機制在某些情況下相當穩定（即產生具有可重復特性的脈沖串），而在其他情況下則非常不穩定（表現出參數的強烈波動，例如最大脈沖能量、脈沖持續時間和光學相位）。特別是在后一種情況下，經常使用術語Q開關不穩定性。通常，在束之間的脈沖不會變得太弱的情況下，穩定性是好的。否則，每一束中的脈沖基本上是由噪聲（特別是自發輻射）產生的)，且脈沖參數無法達到穩定狀態。這意味著，尤其是在Q開關鎖模導致最大脈沖能量較大的情況下，操作通常會產生噪聲。因此，Q開關鎖模在應用中并未廣泛使用，但通常被認為是一種不需要的現象。可以壓制

• 通過選擇具有高激光截面的增益介質

• 通過使用具有小模式區域的諧振器設計

• 通過使用低損耗和高腔內功率的長諧振器

• 通過在諧振器中插入功率限制元件

• 通過可飽和吸收器的優化（例如，利用飽和曲線的翻轉，這可能是由雙光子吸收引起的）

• 使用電子反饋技術

對于在極端參數區域（例如非常高的輸出功率或非常高的脈沖重復率）中運行的激光器，Q開關不穩定性的抑制可能需要折衷，例如接受更長的脈沖持續時間、較低的激光效率或高熱負載對飽和吸收體。

請注意，與普遍看法相反，QML閾值通常不取決于上能態壽命，而僅取決于激光橫截面（通過飽和能量）：例如，淬火效應可以減少上能態壽命而不影響QML閾值。