Gütemodulation

Schematischer zeitlicher Verlauf

Ein Güteschalter (auch Q-Switch genannt) ist ein optischer Baustein, der in gepulsten Lasern zur Erzeugung von Laserpulsen hoher Intensität eingesetzt wird. Hierbei wird die Güte des Laserresonators künstlich verringert. Die Resonatorverluste werden also hoch gehalten, so dass die Laserschwelle zunächst unterschritten bleibt. Es tritt keine Laseraktivität ein, so dass die Besetzungsinversion maximal werden kann, was eine maximale Verstärkung zur Folge hat. Schaltet der Güteschalter durch, ist die Verstärkung schlagartig wesentlich höher als die Resonatorverluste. Die Laseraktivität setzt ein, wobei die Intensität zunächst schwach exponentiell ansteigt. Sobald das Lichtfeld stark genug ist, um signifikant Inversion (Verstärkung) abzubauen, entsteht ein starker Laserpuls. Auf diese Weise können Pulsdauern im Bereich von Nanosekunden erzielt werden. Zur Erzeugung noch kürzerer Pulsdauern mit hohen Pulsintensitäten wird Güteschaltung häufig in Verbindung mit Modenkopplung eingesetzt.

Man unterscheidet im wesentlichen zwischen aktiven und passiven Güteschaltern.

Aktive Güteschalter

Aktive Güteschaltung kann durch mechanische, akusto-optische oder elektro-optische Bauelemente erreicht werden. Mechanische Vorrichtungen können z. B. bewegliche Blenden, rotierende Spiegel oder sogenannte „Zerhacker“ (engl.: chopper wheels) sein. Als elektro-optische Modulatoren verwendet man Pockels-Zellen oder Kerr-Zellen.

Akustooptische Modulatoren (AOM), auch Bragg-Zelle genannt, erzeugen eine periodische Brechzahlmodulation und können somit Licht bestimmter Wellenlängen gezielt ablenken.

In einer aktiven Güteschaltung ist eine externe Steuerung der Pulsrate möglich, z. B. durch ein elektrisches Signal bei einer Kerr-Zelle.

Passive Güteschalter

Passive Güteschaltung wird meist durch sättigbare Absorber realisiert. Die Pulsfrequenz kann hierbei nur indirekt, z. B. mittels Variation von Pumpenergie oder Quantität des Absorbermaterials, beeinflusst werden.