La conmutación Q-es un método para generar radiación láser de pulso corto-de alta-intensidad; su principio operativo fundamental es el siguiente: primero, el medio de ganancia se bombea ópticamente, pero la cavidad resonante se mantiene en un nivel de pérdida alto- (es decir, un factor Q- bajo); en consecuencia, no se puede extraer energía en forma de luz láser. Los métodos utilizados para modular esta pérdida se pueden clasificar en términos generales como activos o pasivos. Posteriormente, la pérdida dentro de la cavidad resonante se reduce abruptamente. En este punto, la ganancia excede significativamente la pérdida de la cavidad, lo que hace que la potencia dentro de la cavidad crezca exponencialmente-normalmente comenzando con la débil fluorescencia del medio de ganancia-hasta que la ganancia se satura y la potencia comienza a disminuir una vez más.
La generación de dicho pulso de luz permite la extracción de la gran mayoría de la energía almacenada en el medio de ganancia. Para lograr altas energías de pulso, el medio de ganancia debe poseer la capacidad de almacenar energía sustancial; esto requiere una larga vida útil del estado superior-, una alta densidad de iones o átomos activos con láser- y una eficiencia de ganancia que no sea excesivamente alta. Este último requisito es de importancia crítica; de lo contrario, la emisión espontánea amplificada (ASE) limitaría el almacenamiento de energía, lo que requeriría una pérdida inicial de cavidad extremadamente alta para evitar la oscilación prematura del láser. Los medios de ganancia más comúnmente empleados para los láseres conmutados Q-son cristales y vidrios dopados con tierras raras--; en consecuencia, los láseres-de estado sólido representan el tipo más frecuente de sistema Q-conmutado. Sin embargo, los láseres de fibra también se pueden configurar para operación con conmutación Q-y, cuando se combinan con amplificadores de fibra, son capaces de entregar una potencia promedio excepcionalmente alta.
Conmutación Q-activa versus pasiva: la conmutación Q-activa generalmente incorpora un modulador acústico-óptico dentro de la cavidad resonante para modular activamente las pérdidas de la cavidad. Impulsado por una señal de RF, el modulador acústico-óptico hace que el haz de luz salga de la cavidad resonante mediante difracción de primer-orden, introduciendo así una pérdida significativa. Se genera un pulso cuando la señal de RF se apaga momentáneamente. Para lograr una alta tasa de repetición, el medio de ganancia requiere un bombeo continuo mientras el interruptor Q-se activa repetidamente. Por el contrario, para obtener la máxima energía del pulso, se requiere un bombeo pulsado (como el bombeo con lámpara de destellos) combinado con una tasa de repetición baja.
La conmutación Q-pasiva emplea un absorbente saturable en lugar de un modulador activo. Por ejemplo, un láser de Nd:YAG puede utilizar un cristal de Cr⁴⁺:YAG como absorbente saturable. Si bien se pueden seleccionar otros cristales absorbentes saturables para diferentes longitudes de onda, un espejo absorbente saturable semiconductor (SESAM) es adecuado para una amplia gama de longitudes de onda operativas.
