I laser ad alta potenza di picco hanno importanti applicazioni nella ricerca scientifica e nei campi dell'industria militare come l'elaborazione laser e la misurazione fotoelettrica. Il primo laser al mondo è nato negli anni '60. Nel 1962, McClung utilizzò la cella Kerr al nitrobenzene per ottenere l'accumulo di energia e il rilascio rapido, ottenendo così un laser pulsato con un'elevata potenza di picco. L'emergere della tecnologia Q-switching è un importante passo avanti nella storia dello sviluppo dei laser ad alta potenza di picco. Con questo metodo, l'energia laser a impulsi continui o larghi viene compressa in impulsi con una larghezza di tempo estremamente ridotta. La potenza di picco del laser è aumentata di diversi ordini di grandezza. La tecnologia Q-switching elettro-ottica presenta i vantaggi di un breve tempo di commutazione, un'uscita impulsiva stabile, una buona sincronizzazione e una bassa perdita di cavità. La potenza di picco del laser in uscita può raggiungere facilmente centinaia di megawatt.

Il Q-switching elettro-ottico è una tecnologia importante per ottenere laser a larghezza di impulso ridotta e ad alta potenza di picco. Il suo principio consiste nell'utilizzare l'effetto elettro-ottico dei cristalli per ottenere cambiamenti improvvisi nella perdita di energia del risonatore laser, controllando così l'immagazzinamento e il rapido rilascio dell'energia nella cavità o nel mezzo laser. L'effetto elettro-ottico del cristallo si riferisce al fenomeno fisico in cui l'indice di rifrazione della luce nel cristallo cambia con l'intensità del campo elettrico applicato del cristallo. Il fenomeno in cui l'indice di rifrazione cambia e l'intensità del campo elettrico applicato hanno una relazione lineare è chiamato elettro-ottica lineare, o effetto Pockels. Il fenomeno per cui l'indice di rifrazione cambia e il quadrato dell'intensità del campo elettrico applicato hanno una relazione lineare è chiamato effetto elettro-ottico secondario o effetto Kerr.

In circostanze normali, l'effetto elettro-ottico lineare del cristallo è molto più significativo dell'effetto elettro-ottico secondario. L'effetto elettro-ottico lineare è ampiamente utilizzato nella tecnologia Q-switching elettro-ottica. Esiste in tutti i 20 cristalli con gruppi di punti non centrosimmetrici. Ma come materiale elettro-ottico ideale, questi cristalli non devono solo avere un effetto elettro-ottico più evidente, ma anche un intervallo di trasmissione della luce appropriato, un'elevata soglia di danno laser e stabilità delle proprietà fisico-chimiche, buone caratteristiche di temperatura, facilità di lavorazione, e se è possibile ottenere un cristallo singolo di grandi dimensioni e di alta qualità. In generale, i cristalli Q-switching elettro-ottici pratici devono essere valutati dai seguenti aspetti: (1) coefficiente elettro-ottico effettivo; (2) soglia del danno laser; (3) raggio di trasmissione della luce; (4) resistività elettrica; (5) costante dielettrica; (6) proprietà fisiche e chimiche; (7) lavorabilità. Con lo sviluppo dell'applicazione e del progresso tecnologico di sistemi laser a breve impulso, alta frequenza di ripetizione e alta potenza, i requisiti di prestazione dei cristalli Q-switching continuano ad aumentare.

Nella fase iniziale dello sviluppo della tecnologia Q-switching elettro-ottica, gli unici cristalli praticamente utilizzati erano il niobato di litio (LN) e il di-deuterio fosfato di potassio (DKDP). Il cristallo LN ha una soglia di danno laser bassa ed è utilizzato principalmente in laser a bassa o media potenza. Allo stesso tempo, a causa dell'arretramento della tecnologia di preparazione dei cristalli, la qualità ottica del cristallo LN è stata instabile per lungo tempo, il che limita anche la sua ampia applicazione nei laser. Il cristallo DKDP è un cristallo di diidrogeno di potassio (KDP) di acido fosforico deuterato. Ha una soglia di danno relativamente alta ed è ampiamente utilizzato nei sistemi laser Q-switching elettro-ottici. Tuttavia, il cristallo DKDP è soggetto a deliquescenza e ha un lungo periodo di crescita, che ne limita in una certa misura l'applicazione. Cristallo di rubidio titanil ossifosfato (RTP), cristallo di metaborato di bario (β-BBO), cristallo di silicato di gallio lantanio (LGS), cristallo di tantalato di litio (LT) e cristallo di potassio titanil fosfato (KTP) sono utilizzati anche nel laser Q-switching elettro-ottico sistemi.

 Cella Pockels DKDP di alta qualità prodotta da WISOPTIC (@1064nm, 694nm)