Lasers met een hoog piekvermogen hebben belangrijke toepassingen in wetenschappelijk onderzoek en in de militaire industrie, zoals laserverwerking en foto-elektrische metingen. De eerste laser ter wereld werd geboren in de jaren 60. In 1962 gebruikte McClung nitrobenzeen Kerr-cellen om energieopslag en snelle afgifte te bereiken, waardoor een gepulseerde laser met een hoog piekvermogen werd verkregen. De opkomst van Q-switching-technologie is een belangrijke doorbraak in de geschiedenis van de ontwikkeling van lasers met hoog piekvermogen. Door deze methode wordt continue of brede pulslaserenergie gecomprimeerd tot pulsen met een extreem smalle tijdsbreedte. Het laserpiekvermogen wordt met verschillende ordes van grootte verhoogd. De elektro-optische Q-switching-technologie heeft de voordelen van een korte schakeltijd, stabiele pulsuitgang, goede synchronisatie en laag holteverlies. Het piekvermogen van de uitgangslaser kan gemakkelijk honderden megawatts bereiken.

Elektro-optische Q-switching is een belangrijke technologie voor het verkrijgen van lasers met een smalle pulsbreedte en hoog piekvermogen. Het principe is om het elektro-optische effect van kristallen te gebruiken om abrupte veranderingen in het energieverlies van de laserresonator te bereiken, waardoor de opslag en snelle afgifte van de energie in de holte of het lasermedium wordt gecontroleerd. Het elektro-optische effect van het kristal verwijst naar het fysieke fenomeen waarbij de brekingsindex van licht in het kristal verandert met de intensiteit van het aangelegde elektrische veld van het kristal. Het fenomeen waarbij de verandering van de brekingsindex en de intensiteit van het aangelegde elektrische veld een lineaire relatie hebben, wordt lineaire elektro-optica of Pockels-effect genoemd. Het fenomeen dat de verandering van de brekingsindex en het kwadraat van de aangelegde elektrische veldsterkte een lineaire relatie hebben, wordt het secundaire elektro-optische effect of Kerr-effect genoemd.

Onder normale omstandigheden is het lineaire elektro-optische effect van het kristal veel belangrijker dan het secundaire elektro-optische effect. Het lineaire elektro-optische effect wordt veel gebruikt in de elektro-optische Q-switching-technologie. Het bestaat in alle 20 kristallen met niet-centrosymmetrische puntgroepen. Maar als ideaal elektro-optisch materiaal moeten deze kristallen niet alleen een duidelijker elektro-optisch effect hebben, maar ook een geschikt lichttransmissiebereik, een hoge laserschadedrempel en stabiliteit van fysisch-chemische eigenschappen, goede temperatuurkenmerken, gemakkelijke verwerking, en of eenkristal met grote afmetingen en hoge kwaliteit kan worden verkregen. In het algemeen moeten praktische elektro-optische Q-switching-kristallen worden gewaardeerd vanuit de volgende aspecten: (1) effectieve elektro-optische coëfficiënt; (2) laserschadedrempel; (3) lichttransmissiebereik; (4) elektrische weerstand; (5) diëlektrische constante; (6) fysische en chemische eigenschappen; (7) bewerkbaarheid. Met de ontwikkeling van toepassingen en technologische vooruitgang van korte puls, hoge herhalingsfrequentie en krachtige lasersystemen, blijven de prestatie-eisen van Q-switching-kristallen toenemen.

In het vroege stadium van de ontwikkeling van elektro-optische Q-switching-technologie waren de enige praktisch gebruikte kristallen lithiumniobaat (LN) en kaliumdi-deuteriumfosfaat (DKDP). LN-kristal heeft een lage laserschadedrempel en wordt voornamelijk gebruikt in lasers met laag of gemiddeld vermogen. Tegelijkertijd is de optische kwaliteit van LN-kristal vanwege de achteruitgang van de kristalvoorbereidingstechnologie lange tijd onstabiel geweest, wat ook de brede toepassing ervan in lasers beperkt. DKDP-kristal is gedeutereerd fosforzuur kaliumdiwaterstof (KDP) kristal. Het heeft een relatief hoge schadedrempel en wordt veel gebruikt in elektro-optische Q-switching lasersystemen. DKDP-kristal is echter gevoelig voor vervloeiing en heeft een lange groeiperiode, wat de toepassing ervan tot op zekere hoogte beperkt. Rubidium titanyl oxyfosfaat (RTP) kristal, barium metaboraat (β-BBO) kristal, lanthaan gallium silicaat (LGS) kristal, lithium tantalaat (LT) kristal en kalium titanyl fosfaat (KTP) kristal worden ook gebruikt in elektro-optische Q-switching laser systemen.

 Hoogwaardige DKDP Pockels-cel gemaakt door WISOPTIC (@1064nm, 694nm)