La commutation Q-est une méthode permettant de générer un rayonnement laser à impulsion courte-de haute-intensité ; son principe de fonctionnement fondamental est le suivant : premièrement, le milieu de gain est pompé optiquement, mais la cavité résonante est maintenue à un niveau de perte élevé- (c'est-à-dire un faible facteur Q-) ; par conséquent, l’énergie ne peut pas être extraite sous forme de lumière laser. Les méthodes utilisées pour moduler cette perte peuvent être largement classées comme actives ou passives. Par la suite, la perte au sein de la cavité résonante est brusquement réduite. À ce stade, le gain dépasse largement la perte de la cavité, provoquant une croissance exponentielle de la puissance intracavité -généralement à partir de la faible fluorescence du milieu de gain-jusqu'à ce que le gain sature et que la puissance commence à décroître à nouveau.
La génération d'une telle impulsion lumineuse permet d'extraire la grande majorité de l'énergie stockée dans le milieu gainant. Pour obtenir des énergies d'impulsion élevées, le milieu à gain doit posséder la capacité de stocker une énergie substantielle ; cela nécessite une longue durée de vie à l'état supérieur-, une densité élevée d'ions ou d'atomes actifs du laser- et une efficacité de gain qui n'est pas excessivement élevée. Cette dernière exigence est d’une importance cruciale ; sinon, l'émission spontanée amplifiée (ASE) limiterait le stockage d'énergie, nécessitant ainsi une perte initiale extrêmement élevée dans la cavité pour empêcher une oscillation prématurée du laser. Les supports de gain les plus couramment utilisés pour les lasers à commutation Q sont les cristaux et les verres dopés aux terres rares ; par conséquent, les lasers à semi-conducteurs-représentent le type le plus répandu de système à commutation Q-. Néanmoins, les lasers à fibre peuvent également être configurés pour un fonctionnement à commutation Q- et, lorsqu'ils sont couplés à des amplificateurs à fibre, sont capables de fournir une puissance moyenne exceptionnellement élevée.
Commutation Q-active ou passive : la commutation Q-active intègre généralement un modulateur acousto-optique dans la cavité résonante pour moduler activement les pertes de la cavité. Piloté par un signal RF, le modulateur acousto-optique fait sortir le faisceau lumineux de la cavité résonante via une diffraction du premier-ordre, introduisant ainsi une perte importante. Une impulsion est générée lorsque le signal RF est momentanément désactivé. Pour atteindre un taux de répétition élevé, le milieu de gain nécessite un pompage continu tandis que le commutateur Q- est déclenché de manière répétitive. À l’inverse, pour obtenir une énergie d’impulsion maximale, un pompage pulsé (tel que le pompage par lampe flash) combiné à un faible taux de répétition est nécessaire.
La commutation Q-passive utilise un absorbeur saturable à la place d'un modulateur actif. Par exemple, un laser Nd:YAG peut utiliser un cristal Cr⁴⁺:YAG comme absorbeur saturable. Alors que d'autres cristaux absorbants saturables peuvent être sélectionnés pour différentes longueurs d'onde, un miroir absorbeur saturable semi-conducteur (SESAM) convient à une large gamme de longueurs d'onde de fonctionnement.
