لیزر کیوسوییچ رو دیگه نمیدونی چیه😁

لیزر کیوسوییچ (Q-switch) یک نوع لیزر است که با استفاده از یک تکنیک به نام Q-switching می‌تواند پالس‌های نوری کوتاه و انرژی‌بخش تولید کند. این تکنیک به لیزر اجازه می‌دهد که پالس‌های نوری با قدرت عظیم (گیگاوات) و بسیار بیشتر از حالت موج پیوسته تولید کند. این تکنیک برای کاربردهای مختلفی مانند پردازش مواد لیزری (برش، سوراخ‌کاری، علامت‌گذاری لیزری)، تحریک تبدیل فرکانس غیرخطی، اندازه‌گیری فاصله، و احساس از راه دور استفاده می‌شود.

مبدأ Q-switching تکنیک Q-switching اولین بار در سال ۱۹۵۸ توسط گوردون گولد پیشنهاد شد و به طور مستقل در سال ۱۹۶۱ یا ۱۹۶۲ توسط R.W. Hellwarth و F.J. McClung در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی هیوز با استفاده از کر کل شاترهای الکتریکی سوئیچ شده در یک لیزر روبی کشف و نشان داده شد. ناخن‌های نوری مانند Q-switching به طور کامل توسط نیکولاس بلومبرگن توضیح داده شد که در سال ۱۹۸۱ برای این کار جایزه نوبل دریافت کرد

اصل Q-switching Q-switching با قرار دادن یک نوع کاهنده متغیر داخل رزوناتور نوری لیزر انجام می‌شود. وقتی کاهنده عمل می‌کند، نوری که از محیط تقویت‌کننده خارج می‌شود، برنمی‌گردد و لیزر نمی‌تواند شروع شود. این کاهش داخل حفره به کاهش عامل Q یا عامل کیفیت رزوناتور نوری مربوط می‌شود. عامل Q بالا به معنای کاهش کم از دست رفتن هر دور می‌باشد و برعکس. کاهنده متغیر معمولاً زمانی که برای این منظور استفاده می‌شود، "Q-switch" نامیده می‌شود. در ابتدا محیط لیزری پمپ می‌شود در حالی که Q-switch تنظیم می‌شود تا بازخورد نور به محیط تقویت‌کننده را جلوگیری کند (تولید یک رزوناتور نوری با Q کم). این باعث می‌شود که یک وارونگی جمعیت ایجاد شود، اما عمل لیزری هنوز نمی‌تواند رخ دهد چون بازخوردی از رزوناتور وجود ندارد. از آنجا که نرخ تابش تحریکی وابسته به مقدار نور وارد محیط است، مقدار انرژی ذخیره شده در محیط تقویت‌کننده با پمپ شدن محیط افزایش می‌یابد. به دلیل از دست رفتن از تابش خودبخودی و دیگر فرآیندها، بعد از مدتی انرژی ذخیره شده به سطح حداکثری خود خواهد رسید؛ محیط گفته می‌شود که اشباع تقویت شده است. در این نقطه، دستگاه Q-switch به سرعت از Q کم به Q بالا تغییر می‌کند و اجازه می‌دهد که بازخورد و فرآیند تقویت نوری توسط تابش تحریکی شروع شود. به دلیل مقدار زیاد انرژی که قبلاً در محیط تقویت‌کننده ذخیره شده است، شدت نور در رزوناتور لیزری به سرعت افزایش می‌یابد؛ این همچنین باعث می‌شود که انرژی ذخیره شده در محیط به سرعت تخلیه شود. نتیجه نهایی این است که یک پالس نوری کوتاه از لیزر خارج می‌شود که به عنوان یک پالس عظیم شناخته می‌شود و ممکن است دارای شدت بسیار بالایی باشد.

انواع Q-switching دو نوع اصلی Q-switching وجود دارد: Q-switching فعال و Q-switching پسیو. در Q-switching فعال، Q-switch یک کاهنده متغیر کنترل شده از بیرون است. این ممکن است یک دستگاه مکانیکی مانند شاتر، چرخ چاپر، یا آینه/منشور چرخان داخل حفره باشد، یا (معمولاً) ممکن است یک نوع مدولاتور مانند یک دستگاه اکوستو-نوری، یک دستگاه اثر مغناطیسی-نوری یا یک دستگاه الکترو-نوری باشد - یک سلول پوکلز یا سلول کر. در Q-switching پسیو، Q-switch یک کاهنده متغیر خودکار است که با استفاده از یک ماده غیرخطی که وابسته به شدت نور است، عمل می‌کند. این ممکن است یک ماده جذب ساتوره شونده، یک ماده کریستالین غیرخطی، یا یک فیبر نوری غیرخطی باشد. در این حالت، Q-switch به طور خودکار از Q کم به Q بالا تغییر می‌کند وقتی که شدت نور در حفره به سطحی که می‌تواند پالس‌های لیزر کیوسوییچ را تولید کند، برابر با سطحی است که می‌تواند از تابش خودبخودی جلوگیری کند. این به این معنی است که وقتی شدت نور در حفره به اندازه‌ای برسد که جذب ساتوره شونده را اشباع کند، جذب کاهش می‌یابد و بازخورد نوری افزایش می‌یابد. این باعث می‌شود که یک پالس نوری کوتاه و قوی از لیزر خارج شود. این نوع Q-switching به عنوان Q-switching پسیو شناخته می‌شود چون نیازی به کنترل خارجی ندارد.

مزایا و معایب Q-switching Q-switching دارای مزایا و معایبی است که بستگی به کاربرد و نوع لیزر دارد. برخی از مزایا عبارتند از:

• تولید پالس‌های نوری با انرژی بالا و شدت بالا که برای برخی از کاربردها مانند پردازش مواد لیزری، تحریک تبدیل فرکانس غیرخطی، و احساس از راه دور مورد نیاز است.
• تولید پالس‌های نوری با طول موج مشخص و پایدار که برای برخی از کاربردها مانند اندازه‌گیری فاصله، اسپکتروسکوپی، و ارتباطات نوری مورد نیاز است.
• تولید پالس‌های نوری با عرض پالس کوتاه که برای برخی از کاربردها مانند تصویربرداری سریع، اندازه‌گیری سرعت، و تولید هارمونیک مورد نیاز است.

برخی از معایب عبارتند از:

• کاهش انرژی موج پیوسته لیزر که برای برخی از کاربردها مانند چاپ لیزری، جوشکاری لیزری، و برش لیزری مورد نیاز است.
• افزایش پیچیدگی و هزینه دستگاه لیزر که برای برخی از کاربردها مانند ارائه‌دهندگان خدمات لیزری، آموزش لیزری، و تفریح لیزری مهم است.
• افزایش نویز و تغییرات در پالس‌های نوری که برای برخی از کاربردها مانند اندازه‌گیری دقیق، تولید پالس‌های نوری هم‌فاز، و تولید پالس‌های نوری مونوکروماتیک مشکل‌ساز است.

نتیجه‌گیری لیزر کیوسوییچ یک نوع لیزر است که با استفاده از یک تکنیک به نام Q-switching می‌تواند پالس‌های نوری کوتاه و انرژی‌بخش تولید کند. این تکنیک با قرار دادن یک کاهنده متغیر داخل رزوناتور نوری لیزر انجام می‌شود که باعث می‌شود که انرژی ذخیره شده در محیط تقویت‌کننده به سرعت تخلیه شود. این تکنیک برای کاربردهای مختلفی مانند پردازش مواد لیزری، تحریک تبدیل فرکانس غیرخطی، اندازه‌گیری فاصله، و احساس از راه دور استفاده می‌شود. دو نوع اصلی Q-switching وجود دارد: Q-switching فعال و Q-switching پسیو. Q-switching دارای مزایا و معایبی است که بستگی به کاربرد و نوع لیزر دارد. لیزر کیوسوییچ یکی از روش‌های تولید پالس‌های نوری با کیفیت بالا است که در زمینه‌های مختلف علمی و صنعتی کاربرد دارد.

منبع: لیزر کیوسوییچ فخرائی