Les lasers à haute puissance de crête ont des applications importantes dans la recherche scientifique et les domaines de l'industrie militaire tels que le traitement au laser et la mesure photoélectrique. Le premier laser au monde est né dans les années 1960. En 1962, McClung a utilisé une cellule Kerr au nitrobenzène pour obtenir un stockage d'énergie et une libération rapide, afin d'obtenir un laser pulsé avec une puissance de crête élevée. L'émergence de la technologie de commutation Q est une percée importante dans l'histoire du développement des lasers à haute puissance de crête. Par ce procédé, l'énergie laser à impulsions continues ou larges est comprimée en impulsions avec une largeur temporelle extrêmement étroite. La puissance de crête du laser est augmentée de plusieurs ordres de grandeur. La technologie de commutation Q électro-optique présente les avantages d'un temps de commutation court, d'une sortie d'impulsion stable, d'une bonne synchronisation et d'une faible perte de cavité. La puissance de crête du laser de sortie peut facilement atteindre des centaines de mégawatts.

La commutation Q électro-optique est une technologie importante pour obtenir des lasers à largeur d'impulsion étroite et à puissance de crête élevée. Son principe est d'utiliser l'effet électro-optique des cristaux pour obtenir des changements brusques dans la perte d'énergie du résonateur laser, contrôlant ainsi le stockage et la libération rapide de l'énergie dans la cavité ou le milieu laser. L'effet électro-optique du cristal fait référence au phénomène physique dans lequel l'indice de réfraction de la lumière dans le cristal change avec l'intensité du champ électrique appliqué au cristal. Le phénomène dans lequel le changement d'indice de réfraction et l'intensité du champ électrique appliqué ont une relation linéaire est appelé électro-optique linéaire, ou effet Pockels. Le phénomène selon lequel le changement d'indice de réfraction et le carré de l'intensité du champ électrique appliqué ont une relation linéaire est appelé effet électro-optique secondaire ou effet Kerr.

Dans des circonstances normales, l'effet électro-optique linéaire du cristal est beaucoup plus important que l'effet électro-optique secondaire. L'effet électro-optique linéaire est largement utilisé dans la technologie de commutation Q électro-optique. Il existe dans les 20 cristaux avec des groupes ponctuels non centrosymétriques. Mais en tant que matériau électro-optique idéal, ces cristaux doivent non seulement avoir un effet électro-optique plus évident, mais également une plage de transmission de la lumière appropriée, un seuil de dommage laser élevé et une stabilité des propriétés physico-chimiques, de bonnes caractéristiques de température, une facilité de traitement, et si un monocristal de grande taille et de haute qualité peut être obtenu. D'une manière générale, les cristaux de commutation Q électro-optiques pratiques doivent être évalués à partir des aspects suivants : (1) coefficient électro-optique effectif ; (2) seuil d'endommagement du laser ; (3) portée de transmission de la lumière ; (4) résistivité électrique; (5) constante diélectrique; (6) propriétés physiques et chimiques; (7) usinabilité. Avec le développement des applications et les progrès technologiques des systèmes laser à impulsion courte, à fréquence de répétition élevée et à haute puissance, les exigences de performance des cristaux à commutation Q continuent d'augmenter.

Au début du développement de la technologie de commutation Q électro-optique, les seuls cristaux utilisés dans la pratique étaient le niobate de lithium (LN) et le phosphate de potassium di-deutérium (DKDP). Le cristal LN a un faible seuil d'endommagement laser et est principalement utilisé dans les lasers de faible ou moyenne puissance. Dans le même temps, en raison du retard de la technologie de préparation des cristaux, la qualité optique du cristal LN est instable depuis longtemps, ce qui limite également sa large application dans les lasers. Le cristal de DKDP est un cristal de dihydrogène potassium (KDP) d'acide phosphorique deutéré. Il a un seuil de dommage relativement élevé et est largement utilisé dans les systèmes laser à commutation Q électro-optique. Cependant, le cristal DKDP est sujet à déliquescent et a une longue période de croissance, ce qui limite son application dans une certaine mesure. Le cristal de rubidium titanyl oxyphosphate (RTP), le cristal de métaborate de baryum (β-BBO), le cristal de lanthane gallium silicate (LGS), le cristal de tantalate de lithium (LT) et le cristal de potassium titanyl phosphate (KTP) sont également utilisés dans le laser à commutation Q électro-optique systèmes.

 Cellule DKDP Pockels de haute qualité fabriquée par WISOPTIC (@1064nm, 694nm)