RU2582909C2

RU2582909C2 - Disc laser (versions)

Info

Publication number: RU2582909C2
Application number: RU2013146435/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Козловский
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2016-04-27
Also published as: RU2013146435A

Abstract

FIELD: physics, optics.

SUBSTANCE: invention relates to laser engineering. The disc laser consists of an optical cavity with a first optical axis, an active plate having a first surface and a second surface, placed inside the optical cavity and mounted on a cooling substrate by its first surface, a pumping laser, a pumping laser radiation focusing system and a multi-pass optical pumping system. The pumping system is a semi-concentric cavity with a single external reflector with a concave mirror surface, having a second optical axis and characterised by a focal distance where at double the focal distance from the external reflector, perpendicular to the second optical axis, there is a reflecting layer and a mirror coating of the a flat reflector. The focusing system is placed between the pumping laser and the active plate such that the radiation beam of the pumping laser is directed towards the plate at an incidence angle greater than half the bean convergence angle, and is focused into an excitation spot near the point of intersection of the second optical axis and the second surface of the active plate, excluding said point. The centre of the excitation spot lies at a distance from said point which is greater than a quarter of the diameter of beam of the pumping laser at twice the focal distance from the excitation spot.

EFFECT: simple device, higher reliability of the device and a wider spectral range owing to reduced heating of the active heterostructure.

15 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к квантовой электронике и лазерной технике и может быть использовано в приборах с мощным коллимированным световым лучом, в частности в лазерных локаторах, медицине, фотолитографии, ИК спектроскопии.The invention relates to quantum electronics and laser technology and can be used in devices with a powerful collimated light beam, in particular in laser locators, medicine, photolithography, IR spectroscopy.

Существует проблема накачки твердотельных дисковых лазеров, у которых активный материал имеет малый коэффициент поглощения излучения накачки. Для решения этой проблемы применяют различные многопроходные оптические схемы накачки.There is a problem of pumping solid-state disk lasers in which the active material has a low absorption coefficient of pump radiation. To solve this problem, various multipass optical pumping circuits are used.

Известен дисковый лазер, содержащий активную пластину с зеркальным покрытием с одной стороны и просветляющим покрытием с другой стороны; лазерный диод накачки с волоконным выходом; оптическую систему, направляющую излучение лазерного диода под углом 20 градусов от нормали к пластине и фокусирующую это излучение в пятно возбуждения на просветленной поверхности активной пластины; линзу, собирающую отраженное от пластины излучение; плоское зеркало, возвращающее отраженное излучение через линзу в пятно возбуждения; и оптический резонатор дискового лазера, содержащий высокоотражающее зеркало и частично пропускающее зеркало (A. Giesen, Н. HiigeP, A. Voss, K. Wittig, U. Brauch, Н. Opower. Scalable Concept for Diode-Pumped High-Power Solid-State Lasers. Appl. Phys. В 58, 365-372 (1994)).Known disk laser containing an active plate with a mirror coating on one side and an antireflection coating on the other hand; laser pump diode with fiber output; an optical system directing the laser diode radiation at an angle of 20 degrees from the normal to the plate and focusing this radiation into an excitation spot on the enlightened surface of the active plate; a lens collecting radiation reflected from the plate; a flat mirror that returns reflected radiation through the lens to the excitation spot; and an optical disk laser resonator comprising a highly reflective mirror and a partially transmitting mirror (A. Giesen, N. HiigeP, A. Voss, K. Wittig, U. Brauch, N. Opower. Scalable Concept for Diode-Pumped High-Power Solid-State Lasers, Appl. Phys. B 58, 365-372 (1994)).

В данном устройстве излучение лазерного диода лишь частично поглощается при первом проходе сквозь активную пластину. Однако суммарное поглощение увеличено за счет того, что излучение накачки проходит сквозь активную пластину 4 раза. Второй проход обеспечивается отражением прошедшего излучения от зеркального покрытия, третий - возвращением отраженного излучения с помощью линзы и плоского зеркала и четвертый - снова отражением от зеркального покрытия активной пластины.In this device, the laser diode radiation is only partially absorbed during the first pass through the active plate. However, the total absorption is increased due to the fact that the pump radiation passes through the active plate 4 times. The second pass is provided by reflection of the transmitted radiation from the mirror coating, the third by returning the reflected radiation using a lens and a flat mirror, and the fourth again by reflection from the mirror coating of the active plate.

Однако четырех проходов часто бывает недостаточно для эффективного поглощения излучения накачки активной пластиной.However, four passes are often not enough to effectively absorb pump radiation from the active plate.

Известен дисковый лазер с многопроходной системой накачки, содержащий параболическое зеркало с оптической осью и отверстием вблизи оси; активную пластину с зеркальным покрытием с одной стороны и просветляющим покрытием с другой стороны, размещенную на фокусном расстоянии от параболического зеркала; лазерный диод накачки с волоконным выходом; оптическую систему, формирующую коллимированный пучок излучения лазерного диода и направляющую этот пучок на параболическое зеркало параллельно оптической оси; набор отражающих призм, расположенных вокруг активной пластины и внешнее частично пропускающее зеркало, расположенное на оптической оси за отверстием в параболическом зеркале и формирующее вместе с зеркальным покрытием активной пластины оптический резонатор дискового лазера (US Patent # US 6,577,666 В2; US Patent # US 6,891,874 B2; Kenneth L. Schepler, Rita D. Peterson, Patrick A. Berry, and Jason B. McKay. Thermal Effects in Cr2+:ZnSe Thin Disk Lasers. IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 11, NO. 3, MAY/JUNE 2005; S. Erhard, A. Giesen, M. Karszewski, T. Rupp, C. Steven, I. Johannsen, K. Contag. Novel Pump Design of Yb:YAG Thin Disc Laser for Operation at Room Temperature with Improved Efficiency. OSA TOPS Vol.26 Advanced Solid-State Lasers, Martin M. Fejer, Hagop Injeyan, and Ursula Keller (eds.), 1999 Optical Society of America).Known disk laser with a multi-pass pump system containing a parabolic mirror with an optical axis and a hole near the axis; an active plate with a mirror coating on the one hand and an antireflection coating on the other hand, placed at the focal length from the parabolic mirror; laser pump diode with fiber output; an optical system forming a collimated beam of laser diode radiation and directing this beam to a parabolic mirror parallel to the optical axis; a set of reflective prisms located around the active plate and an external partially transmitting mirror located on the optical axis behind the hole in the parabolic mirror and forming, together with the mirror coating of the active plate, an optical disk laser resonator (US Patent # US 6,577,666 B2; US Patent # US 6,891,874 B2; Kenneth L. Schepler, Rita D. Peterson, Patrick A. Berry, and Jason B. McKay. Thermal Effects in Cr2 +: ZnSe Thin Disk Lasers. IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 11, NO. 3, MAY / JUNE 2005; S. Erhard, A. Giesen, M. Karszewski, T. Rupp, C. Steven, I. Johannsen, K. Contag. Novel Pump Design of Yb: YAG Thin Disc Laser for Operation at Room Temperature with Improved Efficiency. OSA TOPS Vol. 26 Advanced Sol id-State Lasers, Martin M. Fejer, Hagop Injeyan, and Ursula Keller (eds.), 1999 Optical Society of America).

Данное устройство работает следующим образом. Коллмированный пучок лазерного диода отражается от параболического зеркала и фокусируется в пятно возбуждения на просветленной поверхности активной пластины. Излучение проходит через пластину, частично поглощаясь в ней, отражается от зеркального покрытия активной пластины, снова проходит через активную пластину, частично поглощаясь в ней. Далее прошедшее излучение направляется на параболический отражатель. Отражаясь от параболического отражателя, уже сколлимированное прошедшее излучение направляется на отражающую призму. После отражения от этой призмы прошедшее излучение снова направляется на параболический отражатель, с помощью которого излучение вновь фокусируется в пятно возбуждения. Этот процесс повторяется практически до полного поглощения излучения лазерного диода активной пластиной в малом объеме под пятном поглощения. Использование призмы отражения позволяет вывести траекторию пучка прошедшего излучения из предыдущей плоскости падения на активную пластину и тем самым исключить распространение пучка прошедшего излучения вдоль направления исходного пучка излучения лазерного диода. В возбужденной области активной пластины возникает оптическое усиление, которое при наличии обратной связи приводит к генерации дискового лазера.This device operates as follows. A collimated laser diode beam is reflected from a parabolic mirror and is focused into an excitation spot on the enlightened surface of the active plate. The radiation passes through the plate, partially absorbed in it, is reflected from the mirror coating of the active plate, again passes through the active plate, partially absorbed in it. Next, the transmitted radiation is directed to a parabolic reflector. Reflecting from a parabolic reflector, the already collimated transmitted radiation is directed to a reflecting prism. After reflection from this prism, the transmitted radiation is again directed to a parabolic reflector, with the help of which the radiation is again focused into the excitation spot. This process is repeated almost until the laser diode radiation is completely absorbed by the active plate in a small volume under the absorption spot. Using a reflection prism, one can derive the trajectory of the transmitted radiation beam from the previous plane of incidence onto the active plate and thereby exclude the propagation of the transmitted radiation beam along the direction of the initial radiation beam of the laser diode. Optical amplification occurs in the excited region of the active plate, which, in the presence of feedback, leads to the generation of a disk laser.

Недостатком устройства является громозкость многопроходной системы накачки, содержащей кроме параболического зеркала набор призм отражения. Каждую призму необходимо юстировать и закрепить вблизи активной пластины, которая сама должна быть закреплена на хладопроводящей подложке с эффективной системой охлаждения. В связи с этим в данной конструкции трудно приблизить коллимированные пучки излучения к оптической оси. Это исключает возможность использования более простого в изготовлении сферического зеркала вместо параболического.The disadvantage of this device is the volume of the multipass pump system, which contains, in addition to a parabolic mirror, a set of reflection prisms. Each prism must be aligned and fixed near the active plate, which itself must be mounted on a cold-conducting substrate with an effective cooling system. In this regard, in this design it is difficult to bring collimated beams of radiation closer to the optical axis. This excludes the possibility of using a spherical mirror that is easier to manufacture instead of a parabolic.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является дисковый лазер, содержащий активную пластину с зеркальным покрытием с одной стороны и просветляющим покрытием с другой стороны, закрепленную на хладопроводящей подложке; внешнее частично пропускающее зеркало обратной связи, формирующее вместе с зеркальным покрытием активной пластины оптический резонатор дискового лазера; лазерный диод накачки с волоконным выводом излучения; и многопроходную оптическую систему накачки, содержащую плоское зеркало, размещенное рядом с активной пластиной, и набор сферических зеркал (A. Giesen, Н. Hiige, Р, A. Voss, K. Wittig, U. Brauch, Н. Opower. Scalable Concept for Diode-Pumped High-Power Solid-State Lasers. Appl. Phys. В 58, 365-372 (1994)).Closest to the claimed technical solution is a disk laser containing an active plate with a mirror coating on the one hand and an antireflection coating on the other hand, mounted on a cold-conducting substrate; an external partially transmitting feedback mirror, which forms, together with a mirror coating of the active plate, an optical disk laser resonator; laser pump diode with fiber output; and a multi-pass optical pump system comprising a flat mirror located adjacent to the active plate and a set of spherical mirrors (A. Giesen, N. Hiige, P, A. Voss, K. Wittig, U. Brauch, N. Opower. Scalable Concept for Diode-Pumped High-Power Solid-State Lasers. Appl. Phys. 58, 365-372 (1994)).

Устройство работает следующим образом. Излучение лазерного диода фокусируется одним из сферических зеркал в пятно возбуждения на просветленной поверхности активной пластины. Это излучение проходит через пластину, частично поглощаясь в ней, отражается от зеркального покрытия, вновь проходит через пластину, частично поглощаясь в ней, и далее направляется на второе сферическое зеркало, которое фокусирует прошедшее излучение на поверхность плоского зеркала, формируя на нем пятно изображения. Отраженное от плоского зеркала излучение направляется на третье сферическое зеркало, которое отражает это излучение и направляет его снова на просветленную поверхность активной пластины в пятно возбуждения. Процесс многократно повторяется практически до полного поглощения излучения лазерного диода накачки в малом объеме активной пластины под пятном возбуждения. При этом для реализации каждого следующего обхода многопроходной системы накачки используется два новых сферических зеркала. В возбужденной области активной пластины возникает оптическое усиление, которое при наличии обратной связи приводит к генерации дискового лазера.The device operates as follows. The laser diode radiation is focused by one of the spherical mirrors into an excitation spot on the enlightened surface of the active plate. This radiation passes through the plate, partially absorbed in it, is reflected from the mirror coating, again passes through the plate, partially absorbed in it, and then goes to the second spherical mirror, which focuses the transmitted radiation on the surface of the flat mirror, forming an image spot on it. The radiation reflected from the plane mirror is directed to the third spherical mirror, which reflects this radiation and directs it again onto the enlightened surface of the active plate into the excitation spot. The process is repeated many times almost until the radiation of the laser pump diode is completely absorbed in a small volume of the active plate under the excitation spot. At the same time, two new spherical mirrors are used to implement each subsequent round-trip of the multipass pump system. Optical amplification occurs in the excited region of the active plate, which, in the presence of feedback, leads to the generation of a disk laser.

Недостатком устройства также является его сложность. Здесь необходимо юстировать все сферические зеркала и плоское зеркало. Это очень сложно сделать особенно, когда излучение накачки и дискового лазера находятся в ИК области спектра, невидимой для глаза.The disadvantage of the device is its complexity. Here it is necessary to align all spherical mirrors and a flat mirror. This is very difficult to do, especially when the radiation from the pump and disk laser are in the infrared region of the spectrum that is invisible to the eye.

Задачей, решаемой изобретением, является упрощение устройства и увеличение его надежности.The problem solved by the invention is to simplify the device and increase its reliability.

Поставленная задача решается в дисковом лазере, состоящем из оптического резонатора с первой оптической осью, вдоль которой распространяется генерируемое излучение дискового лазера внутри оптического резонатора; активной пластины с зеркальным покрытием на первой ее стороне и просветляющим покрытием на второй стороне, размещенной внутри оптического резонатора и закрепленной на хладопроводящей подложке первой стороной; лазера накачки; системы фокусировки излучения лазера накачки; и многопроходной оптической системы накачки в виде полуконцентрического резонатора со второй оптической осью, содержащего внешний отражатель, имеющий вогнутую зеркальную поверхность, характеризуемую фокусным расстоянием, и обращенный своей вогнутой поверхностью ко второй поверхности активной пластины; и плоский отражатель с зеркальным покрытием; причем плоский отражатель и активная пластина размещены таким образом, что их поверхности с зеркальными покрытиями перпендикулярны второй оптической оси и отстоят от вогнутой поверхности внешнего отражателя на оптическом расстоянии, равном двойному фокусному расстоянию; система фокусировки расположена между лазером накачки и активной пластиной таким образом, что пучок излучение лазера накачки направляется к пластине под углом падения, большим половины угла схождения пучка, и фокусируется в пятно возбуждения вблизи точки пересечения второй оптической оси со второй поверхностью активной пластины, не включающее эту точку; и центр пятна возбуждения отстоит от этой точки на расстоянии, превышающем половину диаметра пучка лазера накачки на двойном фокусном расстоянии от пятна возбуждения.The problem is solved in a disk laser consisting of an optical resonator with a first optical axis along which the generated radiation of the disk laser propagates inside the optical resonator; an active plate with a mirror coating on its first side and an antireflection coating on the second side, placed inside the optical resonator and mounted on a cold-conducting substrate by the first side; pump laser; focusing systems for pump laser radiation; and a multi-pass optical pump system in the form of a semi-concentric resonator with a second optical axis, comprising an external reflector having a concave mirror surface characterized by a focal length and facing its second concave surface to the second surface of the active plate; and a flat reflector with a mirror coating; moreover, a flat reflector and an active plate are placed in such a way that their surfaces with mirror coatings are perpendicular to the second optical axis and are separated from the concave surface of the external reflector by an optical distance equal to double focal length; the focusing system is located between the pump laser and the active plate in such a way that the beam from the pump laser is directed to the plate at an angle of incidence greater than half of the beam convergence angle and focuses on the excitation spot near the point of intersection of the second optical axis with the second surface of the active plate, not including point; and the center of the excitation spot is separated from this point by a distance exceeding half the diameter of the pump laser beam at a double focal distance from the excitation spot.

Следует отметить, что в дисковом лазере по определению активная пластина имеет малую толщину, сравнимую с длиной каустики в месте фокусировки лазерного пучка. Поэтому фокусировка на второй поверхности активной пластины в рассматриваемом устройстве равносильна фокусировке на первой ее поверхности. Строго говоря, в полуконцентрическом резонаторе формируется пятно изображения от пятна возбуждения на первой поверхности активной пластины, поскольку именно эта поверхность находится на оптическом расстоянии, равном двойному фокусному расстоянию от внешнего отражателя. Тем не менее в описании устройства фигурирует пятно возбуждения на второй поверхности, поскольку его легче контролировать, чем пятно возбуждения на первой поверхности активной пластины, находящейся между пластиной и хладопроводящей подложкой.It should be noted that in a disk laser, by definition, the active plate has a small thickness comparable to the length of the caustic at the focus of the laser beam. Therefore, focusing on the second surface of the active plate in the device in question is equivalent to focusing on its first surface. Strictly speaking, in the semiconcentric resonator an image spot is formed from the excitation spot on the first surface of the active plate, since it is this surface that is located at an optical distance equal to the double focal distance from the external reflector. Nevertheless, in the description of the device, an excitation spot appears on the second surface, since it is easier to control than an excitation spot on the first surface of the active plate located between the plate and the cold-conducting substrate.

Сущность изобретения заключается в том, что в полуконцентрическом резонаторе, состоящем из сферического и плоского зеркал, в котором на поверхности плоского зеркала размещен источник излучения в виде пятна, формируется пятно изображения этого источника на той же поверхности, симметричное пятну возбуждения относительно оптической оси этого резонатора. Если источник имеет слабо расходящийся пучок излучения, то этот пучок, отражаясь от сферического и плоского зеркал, будет поочередно фокусироваться в пятно изображения и пятно источника. Представим теперь, что источник излучения есть пятно отражения первично сфокусированного пучка излучения лазера накачки, причем этот пучок падает на поверхность плоского зеркала со стороны сферического зеркала через отверстие в нем или через участок с высоким пропусканием излучения лазера накачки. При ограниченном диаметре сферического зеркала пучок излучения лазера накачки может также проходить вне края зеркала, но близко от него. Поскольку размеры внешнего зеркала ограничены или оно имеет отверстие для ввода излучения, то очень важно выбрать место на поверхности плоского зеркала, куда следует фокусировать излучение лазера, и выбрать угол падения пучка в это место. Очевидно, что если сходящийся пучок падает на плоское зеркало вдоль нормали к его поверхности, то уже после первого отражения от пластины пучок полностью выйдет из полуконцентрического резонатора по пути, по которому он вошел в него. Если угол падения (угол между осевым направлением распространения пучка и нормалью к поверхности плоского зеркала) будет меньше половины угла сходимости пучка, то пучок при первом отражении выйдет из резонатора, по меньшей мере, частично. Чтобы этого не происходило, необходимо угол падения делать больше половины угла схождения пучка, которое происходит при его фокусировке.The essence of the invention lies in the fact that in a semiconcentric resonator consisting of a spherical and flat mirrors, in which a radiation source in the form of a spot is placed on the surface of a flat mirror, an image spot of this source is formed on the same surface, symmetric to the excitation spot relative to the optical axis of this resonator. If the source has a slightly divergent radiation beam, then this beam, reflected from spherical and flat mirrors, will alternately focus into the image spot and the source spot. Let us now imagine that the radiation source is a reflection spot of a primarily focused pump laser radiation beam, and this beam falls on the surface of a flat mirror from the side of a spherical mirror through an opening in it or through a section with a high transmission of pump laser radiation. With a limited diameter of the spherical mirror, the pump laser beam can also pass outside the mirror edge, but close to it. Since the dimensions of the external mirror are limited or it has a hole for introducing radiation, it is very important to choose a place on the surface of a flat mirror where the laser radiation should be focused, and to choose the angle of incidence of the beam at this place. Obviously, if the converging beam falls on a plane mirror along the normal to its surface, then after the first reflection from the plate the beam will completely exit the semi-concentric resonator along the path along which it entered. If the angle of incidence (the angle between the axial direction of propagation of the beam and the normal to the surface of the flat mirror) is less than half the angle of convergence of the beam, then the beam at the first reflection will exit the resonator, at least partially. To prevent this from happening, it is necessary to make the incidence angle greater than half the beam convergence angle that occurs when it is focused.

Также очевидно, что если фокусировать излучение в точку пересечения оптической оси резонатора с поверхностью плоского зеркала, то уже после первого обхода резонатора (после отражений от плоского зеркала, сферического зеркала, снова плоского зеркала) излучение выйдет из резонатора тем же путем, каким оно вошло. Частично излучение будет выходить и в случае, если пятно фокусировки (пятно отражения) включает эту точку. Поэтому пятно фокусировки - отражения должно отстоять от оптической оси на некотором расстоянии. Оказалось, что это расстояние зависит от сходимости пучка лазера накачки и должно превышать четверть диаметра пучка лазера накачки, замеренное на двойном фокусном расстоянии от центра пятна фокусировки - отражения (четверть диаметра пучка на поверхности сферического зеркала). Только в этом случае лазерный пучок полностью останется в полуконцентрическом резонаторе после первого обхода. Оценки показывают, что достаточно большое число обходов (более 5) можно достигнуть в случае, если расстояние между центром пятна возбуждения и оптической осью будет превышать четверть диаметра пучка излучения лазера на двойном фокусном расстоянии от пятна возбуждения лишь на 1-10%. Если это расстояние делать большим, то число обходов резонатора будет уменьшаться.It is also obvious that if the radiation is focused at the intersection of the optical axis of the resonator with the surface of a flat mirror, then after the first round of the resonator (after reflections from a flat mirror, a spherical mirror, again a flat mirror), the radiation will exit the resonator in the same way that it entered. Partially, the radiation will also come out if the focus spot (reflection spot) includes this point. Therefore, the focusing spot - reflection should be separated from the optical axis at a certain distance. It turned out that this distance depends on the convergence of the pump laser beam and should exceed a quarter of the diameter of the pump laser beam, measured at a double focal distance from the center of the focusing spot - reflection (a quarter of the beam diameter on the surface of a spherical mirror). Only in this case, the laser beam will completely remain in the semiconcentric cavity after the first round. Estimates show that a sufficiently large number of detours (more than 5) can be achieved if the distance between the center of the excitation spot and the optical axis exceeds a quarter of the diameter of the laser beam at a double focal distance from the excitation spot by only 1-10%. If this distance is made large, then the number of rounds of the resonator will decrease.

Если теперь часть плоского зеркала заменить активной пластиной с зеркальным покрытием, и излучение накачки фокусировать в пятно возбуждения на второй поверхности этой пластины с просветляющим покрытием, причем так, чтобы пятно изображения формировалось на поверхности оставшейся части плоского зеркала, то при каждом обходе резонатора излучение лазера накачки будет проходить активную пластину 2 раза. Общее число проходов может превысить 12. Отличие предлагаемого технического решения от наиболее близкого известного технического решения заключается в том, что целый ряд сферических зеркал заменен одним внешним отражателем, что существенно упрощает устройство.If we now replace a part of a plane mirror with an active plate with a mirror coating, and focus the pump radiation into an excitation spot on the second surface of this plate with an antireflection coating, so that the image spot forms on the surface of the remaining part of the plane mirror, then with each round of the resonator the pump laser radiation will pass the active plate 2 times. The total number of passes can exceed 12. The difference between the proposed technical solution and the closest known technical solution is that a number of spherical mirrors are replaced by one external reflector, which greatly simplifies the device.

При увеличении числа обходов в заявляемом техническом решении ряд возвращаемых лучей лазера накачки могут падать в пятно возбуждения под большими углами (относительно нормали к пластине). В этом случае для уменьшения сферической аберрации при фокусировке этих пучков целесообразно вместо внешнего отражателя со сферической зеркальной поверхностью использовать внешний отражатель с вогнутой поверхностью, являющейся поверхностью параболоида вращения.With an increase in the number of detours in the claimed technical solution, a number of returned pump laser beams can fall into the excitation spot at large angles (relative to the normal to the plate). In this case, to reduce spherical aberration when focusing these beams, it is advisable to use an external reflector with a concave surface, which is the surface of a paraboloid of revolution, instead of an external reflector with a spherical mirror surface.

Оптический резонатор дискового лазера может быть образован зеркальным покрытием активной пластины и одним внешним зеркалом обратной связи. В этом случае внешний отражатель должен иметь отверстие или участок с высоким пропусканием генерируемого излучения дискового лазера вблизи второй оптической оси, а зеркальное покрытие активной пластины должно иметь высокий коэффициент отражения не только для излучения накачки, но и для генерируемого излучения дискового лазера. В другом варианте исполнения оптический резонатор дискового лазера может иметь два или более внешних зеркала. При этом первая оптическая ось может преломляться на активной пластине, и генерируемое излучение может проходить сквозь внешний отражатель через два отверстия или два участка с высокой прозрачностью для генерируемого излучения. Чтобы не делать дополнительные отверстия во внешнем отражателе, что усложняет его изготовление, возможет вариант, когда генерируемое излучение выходит из полуконцентрического резонатора за краем внешнего отражателя.The optical resonator of a disk laser can be formed by a mirror coating of the active plate and one external feedback mirror. In this case, the external reflector should have a hole or a section with a high transmission of the generated radiation of the disk laser near the second optical axis, and the mirror coating of the active plate should have a high reflection coefficient not only for pump radiation, but also for the generated radiation of the disk laser. In another embodiment, the optical resonator of a disk laser may have two or more external mirrors. In this case, the first optical axis can be refracted on the active plate, and the generated radiation can pass through the external reflector through two holes or two sections with high transparency for the generated radiation. In order not to make additional holes in the external reflector, which complicates its manufacture, it is possible that the generated radiation leaves the semi-concentric resonator beyond the edge of the external reflector.

В другом варианте устройства согласно заявляемому техническому решению плоский отражатель выполнен идентично активной пластины, а его зеркальное покрытие выполнено идентично зеркальному покрытию на первой стороне активной пластины. Более того, плоский отражатель и активная пластина закреплены на одной хладопроводящей подложке. Возможен вариант, когда активная пластина и плоский отражатель выполняются в виде единой активной пластины-отражателя с единым зеркальным покрытием. В этом случае объем единой активной пластины-отражателя под пятном изображения также является объемом возбуждения излучением лазера накачки. Если пятно возбуждения и пятно изображения расположены достаточно близко друг к другу, то оптический резонатор дискового лазера может содержать лишь одно внешнее зеркало обратной связи, а генерируемое излучение выходить сквозь внешний отражатель через отверстие или участок с высокой прозрачностью вблизи второй оптической оси. В другом варианте исполнения генерируемое излучение проходит через внешний отражатель через два отверстия или два участка с высокой прозрачностью, причем внутри полуконцентрического резонатора генерируемое излучение претерпевает одно или более отражений от внешнего отражателя, у которого в этом случае зеркальное покрытие вогнутой поверхности является высокоотражающим не только для излучения лазера накачки, но и для генерируемого излучения.In another embodiment of the device according to the claimed technical solution, the flat reflector is identical to the active plate, and its mirror coating is identical to the mirror coating on the first side of the active plate. Moreover, a flat reflector and an active plate are fixed on one cold-conducting substrate. It is possible that the active plate and flat reflector are made in the form of a single active reflector plate with a single mirror coating. In this case, the volume of a single active reflector plate under the image spot is also the excitation volume by the pump laser radiation. If the excitation spot and the image spot are located close enough to each other, then the optical resonator of the disk laser can contain only one external feedback mirror, and the generated radiation can exit through the external reflector through an opening or region with high transparency near the second optical axis. In another embodiment, the generated radiation passes through an external reflector through two holes or two sections with high transparency, and inside the semiconcentric resonator, the generated radiation undergoes one or more reflections from an external reflector, in which in this case the mirror coating of the concave surface is highly reflective not only for radiation laser pump, but also for the generated radiation.

Активная пластина может быть выполнена из любого материала в виде кристалла, стекла или керамики, легированного активными примесями, которые используются в твердотельных лазерах. В частности, пластина может быть вырезана из монокристалла ZnSe, легированного ионами Cr или Fe. Предпочтительно, чтобы толщина пластины находилась в пределах 0.1-1 мм. При более толстой пластине ухудшается теплоотвод с поверхности пластины. При более тонких пластинах требуется большее число проходов. Число проходов зависит также от концентрации легирующей примеси. Оптимальная концентрация ионов Cr и Fe находится в пределах (1-4)*10¹⁸ см^-3. При большей концентрации ухудшается оптическое качество кристалла, а при меньшей - коэффициенты поглощения и усиления становятся слишком малыми, что уменьшает эффективность накачки. Пластина должна быть полирована с обеих сторон с оптическим качеством. Зеркальное покрытие на первой стороне должно иметь высокий коэффициент отражения для излучения накачки и излучения, генерируемого в дисковом лазере. Так, например, для дискового лазера на основе кристалла ZnSe:Cr коэффициент отражения зеркального покрытия должен быть в диапазоне 0.9-1.0 для длины волны 1.8-1.9 мкм излучения лазера накачки и в диапазоне 0.95-1.0 для генерируемого излучения с длиной волны 2-3 мкм. Уменьшение коэффициента отражения зеркального покрытия ниже 0.9 для длины волны излучения лазера накачки и/или ниже 0.95 для длины волны генерируемого излучения существенно уменьшает коэффициент полезного действия дискового лазера в целом.The active plate can be made of any material in the form of a crystal, glass or ceramic, doped with active impurities, which are used in solid-state lasers. In particular, the wafer can be cut out of a ZnSe single crystal doped with Cr or Fe ions. Preferably, the plate thickness is in the range 0.1-1 mm. With a thicker plate, heat dissipation from the surface of the plate deteriorates. Thinner plates require more passes. The number of passes also depends on the concentration of the dopant. The optimal concentration of Cr and Fe ions is in the range (1-4) * 10 ¹⁸ cm ^-3 . At a higher concentration, the optical quality of the crystal deteriorates, and at a lower concentration, the absorption and gain coefficients become too small, which reduces the pump efficiency. The plate must be polished on both sides with optical quality. The mirror coating on the first side should have a high reflection coefficient for the pump radiation and the radiation generated in the disk laser. So, for example, for a disk laser based on a ZnSe: Cr crystal, the reflection coefficient of the mirror coating should be in the range of 0.9–1.0 for a wavelength of 1.8–1.9 μm of pump radiation and in the range of 0.95–1.0 for generated radiation with a wavelength of 2-3 μm . A decrease in the reflection coefficient of the mirror coating below 0.9 for the wavelength of the pump laser radiation and / or below 0.95 for the wavelength of the generated radiation significantly reduces the efficiency of the disk laser as a whole.

Изготовление зеркала с вышеуказанными параметрами является хорошо известной процедурой. Используются разные материалы в зависимости от требуемой спектральной области. Это могут быть интерференционные покрытия из чередующихся слоев с различным показателем преломления, или металлические зеркала, или их комбинация. Пластина с нанесенным зеркальным покрытием приклеивается теплопроводящим клеем или припаивается через металлический припой к хладопроводящей подложке, выполненной, например, из меди или сплава меди с другими металлами. Можно в качестве хладопровода использовать алмаз или другие материалы с высокой теплопроводностью. Известны различные схемы эффективного теплоотвода, использующиеся для охлаждения активных пластин в дисковых лазерах.Making a mirror with the above parameters is a well-known procedure. Different materials are used depending on the required spectral region. It can be interference coatings of alternating layers with different refractive indices, or metal mirrors, or a combination of both. A plate coated with a mirror coating is glued with heat-conducting glue or soldered through a metal solder to a cold-conductive substrate made, for example, of copper or an alloy of copper with other metals. It is possible to use diamond or other materials with high thermal conductivity as a cold pipe. There are various schemes known for effective heat removal, used to cool active plates in disk lasers.

Активная пластина может быть выполнена из единой полупроводниковой гетероструктуры. В этом случае речь идет о полупроводниковом дисковом лазере. Гетероструктура может быть выполнена из соединений элементов третьей и пятой группы Периодической таблицы элементов (А3В5), включая нитриды, или из соединений элементов второй и шестой группы (А2В6). Эти соединения позволяют освоить спектральный диапазон от 0.2 до 5 мкм. Гетероструктура содержит квантоворазмерную часть и эпитаксиальное брэгговское зеркало. Квантоворазмерная часть представляет собой активный слой толщиной 1-10 мкм, в котором вставлены слои, формирующие квантовые ямы, квантовые линии или квантовые точки. Предпочтительно эти вставки располагаются в пучностях одной из мод оптического резонатора дискового лазера. Брэгговское зеркало выполняется из чередующихся четвертьволновых слоев двух соединений, которые имеют различный показатель преломления. Гетероструктура обычно выращивается в едином технологическом цикле методом эпитаксии. Сначала на ростовой подложке выращивается брэгговское зеркало, а затем активная квантоворазмерная часть гетероструктуры. В ряде случаев на поверхность гетероструктуры наносят просветляющее покрытие. Однако это делать необязательно, если толщина верхнего слоя подобрана так, чтобы отражение от ростовой поверхности гетероструктуры было в фазе с отражением от внешнего зеркала оптического резонатора дискового лазера. Пластина обычно припаивается через металлический припой к медной подложке. Возможен и другой известный метод отвода тепла от гетероструктуры.The active plate can be made of a single semiconductor heterostructure. In this case, we are talking about a semiconductor disk laser. The heterostructure can be made from compounds of elements of the third and fifth groups of the Periodic table of elements (A3B5), including nitrides, or from compounds of elements of the second and sixth groups (A2B6). These compounds allow one to master the spectral range from 0.2 to 5 μm. The heterostructure contains a quantum-sized part and an epitaxial Bragg mirror. The quantum-sized part is an active layer 1–10 μm thick, in which layers are formed that form quantum wells, quantum lines, or quantum dots. Preferably, these inserts are located at the antinodes of one of the modes of the optical resonator of a disk laser. The Bragg mirror is made of alternating quarter-wave layers of two compounds that have a different refractive index. The heterostructure is usually grown in a single technological cycle by epitaxy. First, a Bragg mirror is grown on the growth substrate, and then the active quantum-well part of the heterostructure. In some cases, an antireflection coating is applied to the surface of the heterostructure. However, this is not necessary if the thickness of the upper layer is selected so that the reflection from the growth surface of the heterostructure is in phase with the reflection from the external mirror of the optical resonator of the disk laser. The plate is usually soldered through a metal solder to a copper substrate. Another well-known method of heat removal from the heterostructure is also possible.

Обычно гетероструктуры в полупроводниковом дисковом лазере поглощают излучение накачки уже за один проход. В этом случае излучение накачки генерирует неравновесные носители тока (электроны и дырки) в основном в толстых слоях (толщина 100-200 нм), являющихся обкладками тонких слоев квантовых ям (толщина 1-10 нм). Затем неравновесные носители за время жизни собираются в квантовых ямах, которые являются энергетическими ямами для носителей тока. Именно при такой конструкции активной структуры достигаются низкие пороги генерации лазера. Генерация происходит при рекомбинации носителей в квантовых ямах на длинах волн заметно меньших, чем длина волны излучения лазера накачки. При этом дефицит кванта (различие в энергиях кванта излучения накачки и кванта генерируемого излучения) составляет до 0.6 эВ. Эта энергия идет на разогрев структуры. Если гетероструктура нагревается слишком сильно, то характеристики лазера ухудшаются. Эффективный теплоотвод в обычных полупроводниковых дисковых лазерах удается реализовать, только если гетероструктуры выполнены из соединений с высоким коэффициентом теплопроводности. Это сильно ссужает выбор материалов для полупроводниковых дисковых лазеров, что, в частности, не позволяет освоить видимую область спектра. Тем не менее для гетероструктур, выполненных из соединений с невысоким коэффициентом теплопроводности есть другое решение, как уменьшить их разогрев. Для этого надо накачивать структуру непосредственно в квантовых ямах. То есть квант излучения накачки надо выбирать меньше ширины запрещенной зоны толстых обкладочных слоев, но немного больше ширины запрещенной зоны тонких слоев квантовых ям. В этом случае нагрев можно уменьшить на порядок величины. Однако общая толщина квантовых ям составляет не более 0.1 мкм, что более чем в десять раз меньше полной толщины обкладочных слоев. В этом случае чтобы эффективно накачать квантовые ямы необходимо организовать более 10 проходов, что достигается с помощью заявляемого технического решения.Typically, heterostructures in a semiconductor disk laser absorb pump radiation in a single pass. In this case, the pump radiation generates nonequilibrium current carriers (electrons and holes) mainly in thick layers (thickness 100-200 nm), which are claddings of thin layers of quantum wells (thickness 1-10 nm). Then, nonequilibrium carriers during their lifetime are collected in quantum wells, which are energy wells for current carriers. It is with such an active structure design that low laser generation thresholds are achieved. Lasing occurs upon recombination of carriers in quantum wells at wavelengths noticeably shorter than the wavelength of the pump laser radiation. In this case, the quantum deficit (the difference in the energies of the quantum of the pump radiation and the quantum of the generated radiation) is up to 0.6 eV. This energy is used to heat up the structure. If the heterostructure heats up too much, then the laser characteristics deteriorate. Effective heat removal in conventional semiconductor disk lasers can be realized only if the heterostructures are made of compounds with a high thermal conductivity. This greatly limits the choice of materials for semiconductor disk lasers, which, in particular, does not allow us to master the visible region of the spectrum. Nevertheless, for heterostructures made of compounds with a low coefficient of thermal conductivity, there is another solution how to reduce their heating. To do this, pump the structure directly in quantum wells. That is, the pump radiation quantum must be chosen less than the band gap of the thick cladding layers, but slightly larger than the band gap of the thin layers of quantum wells. In this case, the heating can be reduced by an order of magnitude. However, the total thickness of quantum wells is not more than 0.1 μm, which is more than ten times less than the total thickness of the covering layers. In this case, in order to efficiently pump quantum wells, it is necessary to organize more than 10 passes, which is achieved using the proposed technical solution.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими фигурами.The invention is illustrated by the following figures.

Фиг. 1. Дисковый лазер, являющийся наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству.FIG. 1. Disk laser, which is the closest technical solution to the claimed device.

Фиг. 2. Дисковый лазер согласно заявляемому техническому решению.FIG. 2. Disk laser according to the claimed technical solution.

Фиг. 3. Другой вариант исполнения дискового лазера согласно заявляемому техническому решению.FIG. 3. Another embodiment of a disk laser according to the claimed technical solution.

Фиг. 4. Схема хода лучей в многопроходной системе накачки (проекция на плоскость, перпендикулярную оптической оси этой системы) в одном из вариантов исполнения дискового лазера.FIG. 4. The pattern of the ray path in a multipass pump system (projection onto a plane perpendicular to the optical axis of this system) in one embodiment of a disk laser.

Фиг. 5. Схема хода лучей в многопроходной системе накачки (проекция на плоскость, перпендикулярную оптической оси этой системы) в другом варианте исполнения дискового лазера.FIG. 5. The pattern of the ray path in a multipass pump system (projection onto a plane perpendicular to the optical axis of this system) in another embodiment of a disk laser.

Фиг. 6. Схема многопроходной системы накачки (проекция на плоскость, включающую оптическую ось этой системы) в одном варианте исполнения дискового лазера.FIG. 6. Diagram of a multi-pass pump system (projection onto a plane including the optical axis of this system) in one embodiment of a disk laser.

Фиг. 7. Схема многопроходной системы накачки (проекция на плоскость, включающую оптическую ось этой системы) в другом варианте исполнения дискового лазера.FIG. 7. Scheme of a multi-pass pump system (projection onto a plane including the optical axis of this system) in another embodiment of a disk laser.

Фиг. 8. Схема многопроходной системы накачки (проекция на плоскость, включающую оптическую ось этой системы) еще в одном варианте исполнения дискового лазера.FIG. 8. Scheme of a multi-pass pump system (projection onto a plane including the optical axis of this system) in yet another embodiment of a disk laser.

Известное устройство дискового лазера, представленное схематично на фиг. 1, содержит активный элемент 1 в виде пластины с зеркальным покрытием, закрепленной на хладопроводе; внешнее высокоотражающее зеркало 2 и частично пропускающее зеркало 3, которые вместе с зеркальным покрытием активного элемента 1 образуют оптический резонатор дискового лазера с оптической осью 4, вдоль которой распространяется генерируемый луч; лазер накачки 5, сферическое зеркало 7 для первичной фокусировки луча лазера накачки 6 на пластине 1; набор сферических зеркал 8 и плоский отражатель 9.The known disk laser device shown schematically in FIG. 1, contains an active element 1 in the form of a plate with a mirror coating mounted on a cold conductor; an external highly reflective mirror 2 and a partially transmitting mirror 3, which together with a mirror coating of the active element 1 form an optical resonator of a disk laser with an optical axis 4 along which the generated beam propagates; a pump laser 5, a spherical mirror 7 for primary focusing of the beam of the pump laser 6 on the plate 1; a set of spherical mirrors 8 and a flat reflector 9.

Дисковый лазер работает следующим образом. Луч 6 лазера накачки 5 фокусируется сферическим зеркалом 7 на активный элемент 1, частично поглощается в пластине и далее отражается от зеркального покрытия на одно из сферических зеркал 8. Затем луч лазера накачки, отражаясь от этого сферического зеркала, фокусируется на поверхности вспомогательного плоского зеркала 9. Отраженный от плоского зеркала луч попадает на второе из сферических зеркал 8 и, отражаясь от него, снова фокусируется на активный элемент 1. И в этот раз луч лазера накачки лишь частично поглощается в пластине и, отражаясь от зеркального покрытия, направляется к следующему сферическому зеркалу 8. Этот процесс повторяется несколько раз. При достаточном количестве сферических зеркал процесс будет проходить до полного поглощения луча лазера накачки в пластине. Заметим, что в этом устройстве лучи, падающие на плоское зеркало в каждом последующем цикле, необязательно фокусируются в одно и то же пятно. Важно лишь, чтобы они фокусировались в одно пятно возбуждения на поверхности пластины. В области возбуждения активной пластины под пятном возбуждения возникает оптическое усиление, которое при наличии обратной связи, достигаемой с помощью зеркального покрытия пластины активного элемента 1 и внешних зеркал 2 и 3, приводит к возникновению лазерной генерации. Луч лазера выходит из резонатора через зеркало 3 вдоль оптической оси 4.Disk laser operates as follows. Beam 6 of the pump laser 5 is focused by a spherical mirror 7 onto the active element 1, partially absorbed in the plate and then reflected from the mirror coating onto one of the spherical mirrors 8. Then, the pump laser beam, reflected from this spherical mirror, is focused on the surface of the auxiliary plane mirror 9. The beam reflected from the plane mirror hits the second of the spherical mirrors 8 and, being reflected from it, focuses again on the active element 1. And this time, the pump laser beam is only partially absorbed in the plate and reflected from erkalnogo coating is directed to the next spherical mirror 8. This process is repeated several times. With a sufficient number of spherical mirrors, the process will go through until the absorption of the pump laser beam in the plate. Note that in this device, rays incident on a plane mirror in each subsequent cycle do not necessarily focus on the same spot. It is only important that they focus in one spot of excitation on the surface of the plate. In the field of excitation of the active plate under the excitation spot, optical amplification occurs, which, in the presence of feedback achieved by mirror coating the plate of the active element 1 and external mirrors 2 and 3, leads to laser generation. The laser beam exits the cavity through the mirror 3 along the optical axis 4.

На фиг. 2 представлен один из вариантов исполнения дискового лазера в соответствии с заявляемым техническим решением. Устройство содержит в составе активного элемента 1 активную пластину 11 с зеркальным высокоотражающим покрытием 12 на первой стороне и с просветляющим покрытием 13 на второй стороне, закрепленную своей первой стороной на хладопроводящей подложке 14; внешнее частично пропускающее зеркало 3, образующее вместе с зеркальным покрытием активной пластины оптический резонатор дискового лазера с первой оптической осью 4, вдоль которой распространяется и выходит из резонатора генерируемое излучение 17; лазер накачки 5; систему фокусировки 19 луча лазера накачки; внешний отражатель 20 со второй оптической осью 21 и двумя отверстиями: 22 для ввода луча накачки и 23 для генерируемого излучения, имеющий вогнутую поверхность с зеркальным покрытием, характеризуемую фокусным расстоянием; и плоский отражатель 9 с зеркальным покрытием 25, который расположен рядом с активной пластиной 11. Вторая оптическая ось 21 проходит через границу между активной пластиной и плоским отражателем. Плоскости первой поверхности активной пластины и зеркального покрытия плоского отражателя перпендикулярны второй оптической оси и находятся на оптическом расстоянии, равном двойному фокусному расстоянию внешнего отражателя.In FIG. 2 presents one of the options for performing a disk laser in accordance with the claimed technical solution. The device comprises, as part of the active element 1, an active plate 11 with a highly reflective mirror coating 12 on the first side and with an antireflection coating 13 on the second side, fixed with its first side to the cold-conducting substrate 14; an external partially transmitting mirror 3, forming together with a mirror coating of the active plate an optical resonator of a disk laser with a first optical axis 4, along which the generated radiation 17 propagates and leaves the resonator; pump laser 5; focusing system 19 of the pump laser beam; an external reflector 20 with a second optical axis 21 and two holes: 22 for introducing a pump beam and 23 for generated radiation, having a concave surface with a mirror coating, characterized by focal length; and a flat reflector 9 with a mirror coating 25, which is located next to the active plate 11. The second optical axis 21 passes through the boundary between the active plate and the flat reflector. The planes of the first surface of the active plate and the mirror coating of the flat reflector are perpendicular to the second optical axis and are located at an optical distance equal to the double focal length of the external reflector.

Дисковый лазер работает следующим образом. Луч 6 излучение лазера накачки 5 направляется системой фокусировки 19 через отверстие 22 внешнего отражателя 20 и фокусируется в пятно возбуждения 27 на второй поверхности с просветляющим покрытием 13 активной пластины 11. Центр пятна возбуждения соответствует точке пересечения первой оптической оси 4 с поверхностью 13. Излучение лазера накачки проходит через активную пластину, частично поглощаясь в ней, отражается от зеркального покрытия 12, снова проходит через пластину, частично поглощаясь в ней, и направляется к внешнему отражателю 20 в пятно 28. Отражаясь от внешнего отражателя 20, луч фокусируется на поверхности плоского отражателя 9 с зеркальным покрытием 25, формируя на этой поверхности пятно изображения 29. Отраженный луч из пятна изображения направляется к внешнему отражателю в пятно 30, и после отражения от отражателя 20 снова фокусируется в пятно возбуждения 27 активной пластины 11 и дважды проходит через активную пластину, частично поглощаясь в ней. Далее цикл повторяется при последующих отражениях луча излучения лазера накачки от отражателя 20 в пятне 31, от плоского отражателя 9 в пятне 29, от внешнего отражателя 20 в пятне 32. Число циклов может быть значительно больше двух, так что практически вся энергия луча лазера накачки будет поглощаться в области возбуждения активной пластины под пятном возбуждения. В области возбуждения возникает оптическое усиление, которое при наличии обратной связи, достигаемой с помощью зеркального покрытия 12 активной пластины 11 и внешнего частично пропускающего зеркала 3, приводит к возникновению лазерной генерации. Луч лазера 17 выходит из резонатора через зеркало 3 вдоль первой оптической оси 4.Disk laser operates as follows. Beam 6, the radiation of the pump laser 5 is directed by the focusing system 19 through the hole 22 of the external reflector 20 and is focused into the excitation spot 27 on the second surface with the antireflective coating 13 of the active plate 11. The center of the excitation spot corresponds to the intersection point of the first optical axis 4 with surface 13. The radiation of the pump laser passes through the active plate, partially absorbed in it, is reflected from the mirror coating 12, again passes through the plate, partially absorbed in it, and is directed to the external reflector 20 in the spot 28. Reflecting from the external reflector 20, the beam focuses on the surface of the flat reflector 9 with a mirror coating 25, forming an image spot 29 on this surface. The reflected beam from the image spot is directed to the external reflector to the spot 30, and after reflection from the reflector 20 is again focused in the excitation spot 27 of the active plate 11 and twice passes through the active plate, partially absorbed in it. Next, the cycle is repeated at subsequent reflections of the pump laser beam from the reflector 20 at spot 31, from the flat reflector 9 at spot 29, from the external reflector 20 at spot 32. The number of cycles can be significantly greater than two, so that almost all the energy of the pump laser beam will be absorbed in the excitation region of the active plate under the excitation spot. In the field of excitation, optical amplification occurs, which, in the presence of feedback achieved by using the mirror coating 12 of the active plate 11 and the external partially transmitting mirror 3, leads to laser generation. The laser beam 17 exits the cavity through the mirror 3 along the first optical axis 4.

На фиг. 3 представлен другой вариант исполнения дискового лазера согласно заявляемому техническому решению. Устройство содержит единую активную пластину-отражатель 41 с зеркальным высокоотражающим покрытием 42 на первой стороне и с просветляющим покрытием 43 на второй стороне, закрепленную своей первой стороной на хладопроводящей подложке 44; внешние высокоотражающее зеркало 2 и частично пропускающее зеркало 3, образующее вместе с зеркальным покрытием единой активной пластины-отражателя оптический резонатор дискового лазера с первой оптической осью 4, вдоль которой распространяется и выходит из резонатора генерируемое излучение 17; лазер накачки 5; систему фокусировки 19 луча лазера накачки; внешний отражатель 20 со второй оптической осью 21 и тремя отверстиями: 22 для ввода луча накачки, 54 и 55 для генерируемого излучения, имеющий вогнутую поверхность с зеркальным покрытием, характеризуемую фокусным расстоянием. Плоскость первой поверхности единой активной пластины-отражателя перпендикулярна второй оптической оси 21 и находится на оптическом расстоянии, равном двойному фокусному расстоянию внешнего отражателя. Первая оптическая ось 4 проходит через внешнее высокоотражающее зеркало 2, через отверстие 54 внешнего отражателя 20 и центр пятна возбуждения 27 на поверхности 43 единой активной пластины-отражателя 41, отражается от единой активной пластины-отражателя в сторону внешнего отражателя 20, отражается от зеркальной вогнутой поверхности внешнего отражателя в точке 57, проходит через центр пятна изображения 29, отражается от поверхности 43, проходит через отверстие 55 и далее через внешнее частично пропускающее зеркало 3. В данном устройстве точка 57 совпадает с точкой пересечения второй оптической оси с зеркальной вогнутой поверхностью внешнего отражателя. Но это совпадение не обязательно. Можно использовать другое расположение отверстий 54 и 55 и, соответственно, внешних зеркал 2 и 3, когда точка отражения - преломления первой оптической оси на зеркальной вогнутой поверхности внешнего отражателя будет не совпадать с центром этого отражателя.In FIG. 3 presents another embodiment of a disk laser according to the claimed technical solution. The device comprises a single active reflector plate 41 with a highly reflective mirror coating 42 on the first side and with an antireflection coating 43 on the second side, fixed by its first side to the cold-conducting substrate 44; external highly reflective mirror 2 and partially transmitting mirror 3, forming together with a mirror coating of a single active reflector plate an optical disk laser resonator with a first optical axis 4 along which the generated radiation 17 propagates and leaves the resonator; pump laser 5; focusing system 19 of the pump laser beam; an external reflector 20 with a second optical axis 21 and three holes: 22 for introducing a pump beam, 54 and 55 for the generated radiation, having a concave surface with a mirror coating, characterized by focal length. The plane of the first surface of a single active reflector plate is perpendicular to the second optical axis 21 and is located at an optical distance equal to the double focal length of the external reflector. The first optical axis 4 passes through the external highly reflective mirror 2, through the hole 54 of the external reflector 20 and the center of the excitation spot 27 on the surface 43 of the single active reflector plate 41, is reflected from the single active reflector plate in the direction of the external reflector 20, is reflected from the mirrored concave surface the external reflector at point 57, passes through the center of the image spot 29, is reflected from the surface 43, passes through the hole 55 and then through the external partially transmitting mirror 3. In this device, the point 57 of It determines the point of intersection with the second optical axis of the concave mirror of the external reflector. But this coincidence is not necessary. You can use a different arrangement of holes 54 and 55 and, accordingly, of the external mirrors 2 and 3, when the reflection point - the refraction of the first optical axis on the mirrored concave surface of the external reflector will not coincide with the center of this reflector.

Дисковый лазер работает следующим образом. Луч 6 излучение лазера накачки 5 направляется системой фокусировки 19 через отверстие 22 внешнего отражателя 20 и фокусируется в пятно возбуждения 27 на второй поверхности с просветляющим покрытием 43 единой активной пластины-отражателя 41. Излучение лазера накачки проходит через единую активную пластину-отражатель, частично поглощаясь в ней, отражается от зеркального покрытия 42, снова проходит через пластину-отражатель, частично поглощаясь в ней. Прошедшее дважды пластину излучение лазера накачки направляется к внешнему отражателю 20 в пятно 28. Отражаясь от внешнего отражателя 20, луч прошедшего излучения фокусируется в пятно изображения 29 на второй поверхности с просветляющим покрытием 43 единой активной пластины-отражателя 41. Излучение проходит через пластину, частично поглощаясь в ней, отражается от зеркального покрытия 42, снова проходит через пластину, частично поглощаясь в ней. Луч прошедшего четырежды пластину излучения лазера накачки из пятна изображения направляется к внешнему отражателю в пятно 30, и после отражения от отражателя 20 снова фокусируется в пятно возбуждения 27 единой активной пластины-отражателя 41 и еще раз дважды проходит через пластину, частично поглощаясь в ней. Далее цикл повторяется при последующих отражениях луча прошедшего излучения лазера накачки от отражателя 20 в пятне 31, от активной пластины 41 в пятне 29, от внешнего отражателя 20 в пятне 32. Число циклов может быть значительно больше двух, так что практически вся энергия луча лазера накачки будет поглощаться в области возбуждения единой активной пластины-отражателя под пятном возбуждения и пятном изображения. В области возбуждения возникает оптическое усиление, которое при наличии обратной связи, достигаемой с помощью зеркального покрытия 42 активной пластины 41 и внешних зеркал 2 и 3, приводит к возникновению лазерной генерации. Луч лазера 17 выходит из резонатора через зеркало 3 вдоль первой оптической оси 4.Disk laser operates as follows. Beam 6, the radiation of the pump laser 5 is guided by the focusing system 19 through the hole 22 of the external reflector 20 and is focused into the excitation spot 27 on the second surface with the antireflective coating 43 of the single active reflector plate 41. The radiation of the pump laser passes through a single active reflector plate, partially absorbed in it, is reflected from the mirror coating 42, again passes through the reflector plate, partially absorbed in it. The pump laser radiation transmitted twice to the plate is directed to the external reflector 20 to the spot 28. Reflecting from the external reflector 20, the transmitted radiation beam is focused to the image spot 29 on the second surface with an antireflection coating 43 of the single active reflector plate 41. The radiation passes through the plate, partially absorbed in it, it is reflected from the mirror coating 42, again passes through the plate, partially absorbed in it. The beam of the pump laser radiation transmitted four times from the image spot is directed to the external reflector at spot 30, and after reflection from the reflector 20 it is again focused into the excitation spot 27 of the single active reflector plate 41 and passes through the plate again twice, partially absorbed in it. The cycle is then repeated at subsequent reflections of the beam of the transmitted pump laser from the reflector 20 at spot 31, from the active plate 41 at spot 29, from the external reflector 20 at spot 32. The number of cycles can be significantly greater than two, so that almost all the energy of the pump laser beam will be absorbed in the excitation region of a single active reflector plate under the excitation spot and image spot. Optical amplification occurs in the field of excitation, which, in the presence of feedback achieved by mirror coating 42 of the active plate 41 and external mirrors 2 and 3, leads to laser generation. The laser beam 17 exits the cavity through the mirror 3 along the first optical axis 4.

Поскольку луч генерируемого излучения в данном варианте отражается от внешнего отражателя в точке 57, то, по меньшей мере, вблизи этой точки зеркальное покрытие вогнутой поверхности внешнего отражателя должно быть выполнено высокоотражающим для длины волны генерируемого излучения.Since the beam of generated radiation in this embodiment is reflected from the external reflector at point 57, then at least near this point the mirror coating of the concave surface of the external reflector should be highly reflective for the wavelength of the generated radiation.

Отверстия 22, 54 и 55 можно не делать, если материал внешнего отражателя является прозрачным для излучения накачки и генерируемого излучения и на поверхности отражателя в местах пересечения их лучами излучения лазера накачки и генерируемого излучения нанесены просветляющие покрытия соответственно для длины волны излучения лазера накачки и длины волны генерируемого излучения. Более того, возможен вариант исполнения устройств, в котором и луч накачки и лучи генерируемого излучения не проходят через внешний отражатель, а проходят рядом с его краями.Holes 22, 54 and 55 can be omitted if the material of the external reflector is transparent for pump radiation and the generated radiation, and on the surface of the reflector at the places where the pump laser radiation and the generated radiation intersect them, antireflection coatings are applied for the pump laser radiation wavelength and wavelength, respectively generated radiation. Moreover, a device embodiment is possible in which both the pump beam and the generated radiation rays do not pass through the external reflector, but pass near its edges.

На фиг. 4 схематично представлен ход лучей в многопроходной системе накачки в проекции на плоскость, перпендикулярную оптической оси этой системы. Фиг. 4 поясняет работу многопроходной системы накачки дискового лазера в одном из вариантов его исполнения. Внешний отражатель 20 имеет отверстие для ввода луча накачки 22 и два отверстия 54 и 55 для генерируемого излучения. Вторая оптическая ось соответствует перпендикуляру к плоскости рисунка, проходящего через центр внешнего отражателя.In FIG. Figure 4 schematically shows the path of rays in a multi-pass pump system in projection onto a plane perpendicular to the optical axis of this system. FIG. 4 illustrates the operation of a multi-pass pump system of a disk laser in one of its embodiments. The external reflector 20 has a hole for inputting the pump beam 22 and two holes 54 and 55 for the generated radiation. The second optical axis corresponds to the perpendicular to the plane of the pattern passing through the center of the external reflector.

При работе дискового лазера луч излучения накачки 6, прошедший через отверстие 22, фокусируется в пятно возбуждения, которое на данном рисунке представлено проекцией 75. После частичного поглощения в тонкой единой активной пластине-отражателе луч излучения накачки следует на вогнутую поверхность внешнего отражателя 20 в пятно 76. После отражения от внешнего отражателя луч фокусируется в пятно изображения на поверхности единой активной пластины-отражателя, которое на данном рисунке представлено проекцией 77. После частичного поглощения в тонкой единой активной пластине-отражателе луч излучения накачки следует далее на вогнутую поверхность внешнего отражателя 20 в пятно 78. После отражения от внешнего отражателя луч фокусируется в пятно возбуждения на поверхности единой активной пластины-отражателя с проекцией 75. Далее цикл повторяется несколько раз в следующей последовательности: отражение от внешнего отражателя в пятне 79, отражение с частичным поглощением в пятне изображения с проекцией 77, отражение от внешнего отражателя в пятне 80, отражение с частичным поглощением в пятне возбуждения с проекцией 75, отражение от внешнего отражателя в пятне 81, отражение с частичным поглощением в пятне изображения с проекцией 77, отражение от внешнего отражателя в пятне 82, отражение с частичным поглощением в пятне возбуждения с проекцией 75, отражение от внешнего отражателя в пятне 83, отражение с частичным поглощением от пятна изображения с проекцией 77, отражение от внешнего отражателя в пятне 84, отражение с частичным поглощением в пятне возбуждения с проекцией 75, отражение от внешнего отражателя в пятне 85, отражение с частичным поглощением в пятнеизображения с проекцией 77, отражение от внешнего отражателя в пятне 86, отражение с частичным поглощением в пятне возбуждения с проекцией 75, отражение от внешнего резонатора в пятне 87, отражение с частичным поглощением в пятне возбуждения с проекцией 77 и отражение от внешнего отражателя в пятне 88. Пятно 88 уже приходится на край внешнего отражателя, при этом существенно увеличиваются потери при отражении. При следующем цикле луч полностью уходит из полуконцентрического резонатора. Однако в этой схеме на пятно возбуждения и пятно изображения луч излучения лазера накачки падает по шесть раз, при этом область возбуждения под каждым пятном луч излучения лазера накачки проходит 12 раз. Этого обычно вполне хватает для того, чтобы накачка практически полностью поглотилась в области возбуждения единой активной пластины-отражателя. Отметим также, что пятно 78 не должно накладываться на отверстие 22. Иначе будут потери излучения лазера накачки уже при первом обходе полуконцентрического резонатора, связанные с частичным выходом излучения через отверстие 22. Диаметр отверстия 22 разумно делать примерно равным диаметру пятна 78. В этом случае пятно 78 не накладывается на отверстие 22, если расстояние между этими пятнами больше диаметра пучка на поверхности внешнего отражателя 20 (соответствует диаметру пятна 78). Это соответствует тому, что расстояние между пятнами возбуждение 75 и изображения 77 больше половины диаметра пучка, а расстояние между пятном возбуждения и точкой пересечения второй оптической оси со второй поверхностью активной пластины больше четверти диаметра пучка.During the operation of the disk laser, the pump radiation beam 6, which passed through the hole 22, is focused into the excitation spot, which is represented by the projection 75 in this figure. After partial absorption in a thin single active reflector plate, the pump radiation beam follows the concave surface of the external reflector 20 into the spot 76 After reflection from an external reflector, the beam is focused into the image spot on the surface of a single active reflector plate, which is represented by the projection 77 in this figure. After partial absorption, With a single active reflector plate, the pump beam follows the concave surface of the external reflector 20 to spot 78. After reflection from the external reflector, the beam focuses into the excitation spot on the surface of the single active reflector plate with a projection of 75. Then the cycle is repeated several times in the following sequence : reflection from an external reflector in spot 79, reflection with partial absorption in a spot of image with projection 77, reflection from external reflector in spot 80, reflection with partial absorption in f non-excitation with projection 75, reflection from the external reflector in spot 81, reflection with partial absorption in the spot of image with projection 77, reflection from external reflector in spot 82, reflection with partial absorption in the excitation spot with projection 75, reflection from external reflector in spot 83, reflection with partial absorption from the projection image spot 77, reflection from the external reflector in spot 84, reflection with partial absorption in the excitation spot with projection 75, reflection from external reflector in spot 85, partial reflection absorption in the image spot with projection 77, reflection from the external reflector in spot 86, reflection with partial absorption in the excitation spot with projection 75, reflection from the external resonator in spot 87, reflection with partial absorption in the excitation spot with projection 77, and reflection from the external reflector in spot 88. Spot 88 already falls on the edge of the external reflector, while reflecting losses increase significantly. In the next cycle, the beam completely leaves the semi-concentric resonator. However, in this scheme, the pump laser beam falls six times on the excitation spot and image spot, and the excitation region under each spot on the pump laser beam passes 12 times. This is usually enough to ensure that the pump is almost completely absorbed in the field of excitation of a single active reflector plate. We also note that the spot 78 should not be superimposed on the hole 22. Otherwise, there will be losses in the pump laser radiation when the semiconcentric cavity is bypassed for the first time due to the partial output of radiation through the hole 22. It is reasonable to make the diameter of the hole 22 approximately equal to the diameter of the spot 78. In this case, the spot 78 does not overlap the hole 22 if the distance between these spots is greater than the diameter of the beam on the surface of the external reflector 20 (corresponds to the diameter of the spot 78). This corresponds to the fact that the distance between the spots of excitation 75 and image 77 is more than half the diameter of the beam, and the distance between the spot of excitation and the point of intersection of the second optical axis with the second surface of the active plate is more than a quarter of the diameter of the beam.

В данном случае область возбуждения активной пластины включает в себя объем пластины под пятном возбуждения и пятном изображения. Первая оптическая ось на данной схеме представляется проекцией 89. Генерируемое излучение, распространяющееся вдоль первой оптической оси, претерпевает отражение от внешнего отражателя в пятне 90 и выходит из полуконцентрического резонатора через отверстия 54 и 55.In this case, the excitation region of the active plate includes the volume of the plate under the excitation spot and the image spot. The first optical axis in this diagram is represented by the projection 89. The generated radiation propagating along the first optical axis undergoes reflection from the external reflector at spot 90 and leaves the semiconcentric resonator through holes 54 and 55.

На фиг. 5 схематично представлен ход лучей излучения лазера накачки и генерируемого излучения в варианте дискового лазера с прямоугольной формой внешнего отражателя (проекция на плоскость, перпендикулярную второй оптической оси). В этом варианте для упрощения изготовления внешнего отражателя его форма выбрана таким образом, чтобы луч излучения лазера накачки 6 заходил в полуконцентрический резонатор вблизи края внешнего отражателя 20, имея поперечное сечение 93 вблизи вогнутой зеркальной поверхности внешнего отражателя. Луч 6 фокусируется в пятно возбуждения на поверхности единой активной пластины-отражателя с проекцией 75. Далее он отражается от пластины, частично поглотившись в ней, и направляется на внешний отражатель в одно из пятен отражения 95, которое симметрично сечению 93 относительно пятна возбуждения. Отразившись в пятне 95, луч фокусируется в пятно изображения с проекцией 77. Далее ход лучей аналогичен ходу лучей, описанному выше при рассмотрении фиг. 4. Выбранная форма внешнего отражателя позволяет также вводить и выводить генерируемое излучение в полуконцентрический резонатор, минуя внешний отражатель. Для этого используется трехзеркальная схема оптического резонатора дискового лазера, содержащая высокоотражающие зеркала с проекциями 97 и 98 и частично пропускающее зеркало с проекцией 99. Луч генерируемого излучения проходит не через дополнительные отверстия во внешнем отражателе, а вблизи его краев. В этом варианте зеркальное покрытие на вогнутой поверхности внешнего отражателя может быть сделано однородным и иметь высокий коэффициент отражения лишь для длины волны излучения лазера накачки.In FIG. 5 is a schematic representation of the path of the radiation from a pump laser and generated radiation in the form of a disk laser with a rectangular shape of an external reflector (projection onto a plane perpendicular to the second optical axis). In this embodiment, to simplify the manufacture of the external reflector, its shape is chosen so that the radiation beam of the pump laser 6 enters the semiconcentric resonator near the edge of the external reflector 20, having a cross section 93 near the concave mirror surface of the external reflector. Beam 6 is focused into an excitation spot on the surface of a single active reflector plate with a projection of 75. Then it is reflected from the plate, partially absorbed in it, and is directed to an external reflector at one of the reflection spots 95, which is symmetrical to section 93 relative to the excitation spot. Reflected in the spot 95, the beam is focused into the spot of the image with the projection 77. Further, the course of the rays is similar to the course of the rays described above when considering FIG. 4. The selected shape of the external reflector also allows you to enter and output the generated radiation in a semiconcentric resonator, bypassing the external reflector. For this, a three-mirror optical disk laser resonator circuit is used, which contains highly reflective mirrors with projections 97 and 98 and partially transmits a mirror with projection 99. The generated radiation beam does not pass through additional holes in the external reflector, but near its edges. In this embodiment, the mirror coating on the concave surface of the external reflector can be made uniform and have a high reflection coefficient only for the pump laser radiation wavelength.

На фиг. 6 представлена схема многопроходной системы накачки (проекция на плоскость, проходящую через вторую оптическую ось) в одном из вариантов исполнения согласно заявляемому техническому решению. В данном варианте активная пластина 11 с высокоотражающим покрытием 12 на первой поверхности и просветляющим покрытием 13 на второй поверхности закреплена на хладопроводе 14. Внешний отражатель 20 имеет вогнутую поверхностью с зеркальным покрытием 107, вторую оптическую ось 21 и характеризуется фокусным расстоянием. Плоский отражатель 9 с зеркальной поверхностью 25 расположен рядом с активной пластиной 11. Внешний отражатель 20 с зеркальным покрытием 107, плоский отражатель 9 с зеркальной поверхностью 25 и активная пластина 11 с зеркальным покрытием 12 образуют полуконцентрический резонатор. Вторая оптическая ось проходит между активной пластиной и плоским отражателем и перпендикулярна первой поверхности с зеркальным покрытием 12 и зеркальной поверхности 25. Оптическое расстояние от этих поверхностей 12 и 25 до точки пересечения второй оптической оси 21 с вогнутой поверхностью 107 равно двойному фокусному расстоянию. Вогнутая поверхность 107 является поверхностью сферы или параболоида вращения вокруг второй оптической оси 21. Однако поперечные размеры внешнего отражателя не симметричны относительно этой оси (справа размер внешнего отражателя относительно второй оптической оси больше). Это позволяет завести луч 6 излучения лазера накачки в полуконцентрический резонатор слева.In FIG. 6 shows a diagram of a multi-pass pump system (projection onto a plane passing through the second optical axis) in one embodiment according to the claimed technical solution. In this embodiment, the active plate 11 with a highly reflective coating 12 on the first surface and an antireflection coating 13 on the second surface is mounted on the cold conductor 14. The external reflector 20 has a concave surface with a mirror coating 107, the second optical axis 21 and is characterized by a focal length. A flat reflector 9 with a mirror surface 25 is located next to the active plate 11. An external reflector 20 with a mirror surface 107, a flat reflector 9 with a mirror surface 25 and an active plate 11 with a mirror coating 12 form a semi-concentric resonator. The second optical axis extends between the active plate and the flat reflector and is perpendicular to the first surface with a mirror coating 12 and mirror surface 25. The optical distance from these surfaces 12 and 25 to the point of intersection of the second optical axis 21 with the concave surface 107 is equal to the double focal length. The concave surface 107 is the surface of a sphere or paraboloid of revolution around the second optical axis 21. However, the transverse dimensions of the external reflector are not symmetrical about this axis (on the right, the size of the external reflector relative to the second optical axis is larger). This allows you to bring the beam 6 of the radiation of the pump laser into a semiconcentric cavity on the left.

Многопроходная система накачки работает следующим образом. Луч 6 фокусируется в пятно возбуждения 27 на второй поверхности с просветляющим покрытием 13 активной пластины 11, проходит через активную пластину, частично поглощаясь в ней, отражается от зеркального покрытия 12 на первой поверхности активной пластины, снова проходит через пластину, частично поглощаясь в ней, и выходит из пластины с уменьшенной мощностью. Уменьшение мощности луча на фиг 6 показано уменьшением его ширины (сравните луч 6 и луч 109). Сужение диаметра луча при фокусировке и его расходимость после отражения от активной пластины не показаны.Multipass pump system works as follows. Beam 6 is focused into the excitation spot 27 on the second surface with the antireflection coating 13 of the active plate 11, passes through the active plate, partially absorbed in it, is reflected from the mirror coating 12 on the first surface of the active plate, again passes through the plate, partially absorbed in it, and comes out of the plate with reduced power. The decrease in beam power in FIG. 6 is shown by a decrease in its width (compare beam 6 and beam 109). The narrowing of the beam diameter during focusing and its divergence after reflection from the active plate are not shown.

Далее луч излучения накачки отражается от внешнего отражателя и фокусируется в пятно изображения 29 на зеркальном покрытии 25 плоского отражателя 9. После отражения от зеркальной поверхности 25 луч направляется на внешний отражатель, отражается от него и фокусируется в пятно возбуждения 27 на второй поверхности активной пластины 11. Далее цикл повторяется несколько раз. Ход лучей на рисунке обозначен стрелками. Процесс продолжается либо до полного поглощения луча излучения накачки в активной пластине либо луч выходит за край внешнего отражателя.Next, the pump radiation beam is reflected from the external reflector and focused into the image spot 29 on the mirror coating 25 of the flat reflector 9. After reflection from the mirror surface 25, the beam is directed to the external reflector, reflected from it and focused into the excitation spot 27 on the second surface of the active plate 11. Next, the cycle repeats several times. The path of the rays in the figure is indicated by arrows. The process continues either until the absorption beam of the pump radiation in the active plate is completely absorbed or the beam goes beyond the edge of the external reflector.

Активная пластина выполняется из кристалла, стекла или керамики с активными примесями, которые известны как материалы, перспективные для использования в дисковых твердотельных лазерах. В частности, активная пластина может быть выполнена из кристаллов соединений А2В6, легированных переходными металлами.The active plate is made of crystal, glass or ceramic with active impurities, which are known as materials that are promising for use in solid-state disk lasers. In particular, the active plate can be made of crystals of compounds A2B6 doped with transition metals.

На фиг. 7 представлена схема многопроходной системы накачки (проекция на плоскость, проходящую через вторую оптическую ось) в другом варианте исполнения согласно заявляемому техническому решению. В данном варианте плоский отражатель и активная пластина объединены в единой активной пластине-отражателе. Единая активная пластина-отражатель 41 с высокоотражающим покрытием 42 на первой поверхности и просветляющим покрытием 43 на второй поверхности закреплена на хладопроводе 44. Внешний отражатель 20 имеет вогнутой поверхностью с зеркальным покрытием 107, вторую оптическую ось 21 и характеризуется фокусным расстоянием. Внешний отражатель 20 с зеркальным покрытием 107 и активная пластина 41 с зеркальным покрытием 42 образуют полуконцентрический резонатор. Вторая оптическая ось 21 проходит через центр активной пластины 41 и перпендикулярна первой поверхности с зеркальным покрытием 42. Оптическое расстояние от этой поверхности до точки пересечения второй оптической оси 21 с вогнутой поверхностью, на которую нанесено зеркальное покрытие 107, равно двойному фокусному расстоянию. Вогнутая поверхность является поверхностью сферы или параболоида вращения вокруг второй оптической оси 21. Однако поперечные размеры внешнего отражателя не симметричны относительно этой оси (справа размер внешнего отражателя относительно второй оптической оси больше). Это позволяет завести луч 6 излучения лазера накачки в полуконцентрический резонатор слева.Многопроходная система накачки работает следующим образом. Луч 6 фокусируется в пятно возбуждения 27 на второй поверхности с просветляющим покрытием 43 активной пластины 41, проходит через активную пластину, частично поглощаясь в ней, отражается от зеркального покрытия 42 на первой поверхности активной пластины, снова проходит через пластину, частично поглощаясь в ней, и выходит из пластины с уменьшенной мощностью. Уменьшение мощности луча на фиг. 7 схематично показано уменьшением его ширины (сравните луч 6 и луч 109). Сужение диаметра луча при фокусировке и его расходимость после отражения от активной пластины не показаны.In FIG. 7 is a diagram of a multi-pass pump system (projection onto a plane passing through the second optical axis) in another embodiment according to the claimed technical solution. In this embodiment, a flat reflector and an active plate are combined in a single active reflector plate. A single active reflector plate 41 with a highly reflective coating 42 on the first surface and an antireflection coating 43 on the second surface is mounted on the cold conductor 44. The external reflector 20 has a concave surface with a mirror coating 107, a second optical axis 21 and is characterized by a focal length. The external reflector 20 with a mirror coating 107 and the active plate 41 with a mirror coating 42 form a semi-concentric resonator. The second optical axis 21 passes through the center of the active plate 41 and is perpendicular to the first surface with a mirror coating 42. The optical distance from this surface to the point of intersection of the second optical axis 21 with a concave surface coated with a mirror coating 107 is equal to the double focal length. The concave surface is the surface of a sphere or paraboloid of revolution around the second optical axis 21. However, the transverse dimensions of the external reflector are not symmetrical about this axis (the size of the external reflector relative to the second optical axis is larger on the right). This allows you to bring the beam 6 of the radiation of the pump laser into a semiconcentric resonator on the left. The multi-pass pump system works as follows. Beam 6 is focused into the excitation spot 27 on the second surface with the antireflection coating 43 of the active plate 41, passes through the active plate, partially absorbed in it, is reflected from the mirror coating 42 on the first surface of the active plate, again passes through the plate, partially absorbed in it, and comes out of the plate with reduced power. The decrease in beam power in FIG. 7 is schematically shown by reducing its width (compare beam 6 and beam 109). The narrowing of the beam diameter during focusing and its divergence after reflection from the active plate are not shown.

Далее луч излучения накачки 109 отражается от внешнего отражателя и фокусируется в пятно изображения 29 на второй поверхности активной пластины 41, проходит через эту пластину, частично поглощаясь, отражается от зеркального покрытия 42, снова проходит через активную пластину, частично поглощаясь в ней, и выходит из пластины в сторону внешнего отражателя с уменьшенной мощностью, что показано схематично уменьшением ширины луча. После отражения от внешнего отражателя луч фокусируется в пятно возбуждения 27 на второй поверхности активной пластины 41. Далее цикл повторяется несколько раз. Ход лучей на рисунке обозначен стрелками. Процесс продолжается либо до полного поглощения луча излучения накачки в активной пластине либо луч выходит за край внешнего отражателя. В данном случае область возбуждения активной пластины состоит из двух разделенных областей под пятнами возбуждения и изображения.Next, the pump radiation beam 109 is reflected from the external reflector and focused into the image spot 29 on the second surface of the active plate 41, passes through this plate, partially absorbed, is reflected from the mirror coating 42, again passes through the active plate, partially absorbed in it, and leaves plate in the direction of the external reflector with reduced power, which is shown schematically by reducing the beam width. After reflection from the external reflector, the beam is focused into the excitation spot 27 on the second surface of the active plate 41. Next, the cycle is repeated several times. The path of the rays in the figure is indicated by arrows. The process continues either until the absorption beam of the pump radiation in the active plate is completely absorbed or the beam goes beyond the edge of the external reflector. In this case, the excitation region of the active plate consists of two separated regions under the excitation spots and the image.

На фиг. 8 представлена схема многопроходной системы накачки (проекция на плоскость, проходящую через вторую оптическую ось) еще в одном варианте исполнения согласно заявляемому техническому решению. Активная пластина и плоский отражатель со своими зеркальными покрытиями выполнены в виде многослойной полупроводниковой гетероструктуры, включающей активную часть 133 и распределенное брэгговское зеркало 134. Активная часть содержит относительно толстые (100-500 нм) барьерные слои из соединения, имеющего большую ширину запрещенной зоны, и относительно тонкие (1-15 нм) слои из соединения, имеющего меньшую ширину запрещенной зоны. Тонкие слои являются квантовыми энергетическими ямами для свободных электронов и дырок. Активная часть гетероструктуры 133 выращена на распределенном высокоотражающем брэгговском зеркале 134, состоящем из чередующихся четвертьволновых слоев двух соединений с большим и меньшим показателем преломления, которое, в свою очередь, было выращено на ростовой подложке 135, являющейся также хладопроводом. Ростовая подложка может быть приклеена или припаяна на дополнительный хладопровод, который на фиг. 8 не показан. На свободную поверхности гетероструктуры (вторую поверхность активной пластины) может быть нанесено просветляющее покрытие 132, хотя это не обязательно, поскольку полная толщина слоев квантовых ям и барьерных слоев составляет не более 10 мкм. Толщины слоев должны быть выбраны таким образом, чтобы квантовые ямы находились в пучностях моды оптического резонатора дискового лазера.In FIG. 8 is a diagram of a multi-pass pump system (projection onto a plane passing through a second optical axis) in yet another embodiment according to the claimed technical solution. The active plate and the flat reflector with its mirror coatings are made in the form of a multilayer semiconductor heterostructure, including the active part 133 and the distributed Bragg mirror 134. The active part contains relatively thick (100-500 nm) barrier layers from the compound having a large band gap, and relatively thin (1-15 nm) layers from a compound having a smaller band gap. Thin layers are quantum energy wells for free electrons and holes. The active part of the heterostructure 133 was grown on a distributed highly reflective Bragg mirror 134, consisting of alternating quarter-wave layers of two compounds with a higher and lower refractive index, which, in turn, was grown on a growth substrate 135, which is also a cold conductor. The growth substrate can be glued or soldered to an additional cold conductor, which in FIG. 8 is not shown. An antireflection coating 132 can be applied to the free surface of the heterostructure (the second surface of the active plate), although this is not necessary, since the total thickness of the quantum well and barrier layers is not more than 10 μm. The thicknesses of the layers should be chosen so that the quantum wells are in the antinodes of the mode of the optical resonator of the disk laser.

Внешний отражатель 20 имеет вогнутой поверхностью с зеркальным покрытием 107, вторую оптическую ось 21 и характеризуется фокусным расстоянием. Внешний отражатель 20 с зеркальным покрытием 107 и брэгговское зеркало 134 образуют полуконцентрический резонатор. Вторая оптическая ось 21 проходит через центр брэгговского зеркала 134. Оптическое расстояние от этого зеркала до точки пересечения второй оптической оси 21 с вогнутой поверхностью 107 равно двойному фокусному расстоянию. Вогнутая поверхность 107 является поверхностью сферы или параболоида вращения вокруг второй оптической оси 21. Однако поперечные размеры внешнего отражателя не симметричны относительно этой оси (справа размер внешнего отражателя относительно второй оптической оси больше). Это позволяет завести луч 6 излучения лазера накачки в полуконцентрический резонатор слева.The external reflector 20 has a concave surface with a mirror coating 107, the second optical axis 21 and is characterized by a focal length. An external reflector 20 with a mirror coating 107 and a Bragg mirror 134 form a semi-concentric resonator. The second optical axis 21 passes through the center of the Bragg mirror 134. The optical distance from this mirror to the point of intersection of the second optical axis 21 with the concave surface 107 is equal to the double focal length. The concave surface 107 is the surface of a sphere or paraboloid of revolution around the second optical axis 21. However, the transverse dimensions of the external reflector are not symmetrical about this axis (on the right, the size of the external reflector relative to the second optical axis is larger). This allows you to bring the beam 6 of the radiation of the pump laser into a semiconcentric cavity on the left.

Многопроходная система накачки работает следующим образом. Луч 6 фокусируется в пятно возбуждения 27 на поверхности гетероструктуры с покрытием 132, проходит через активную часть гетероструктуры 133, частично поглощаясь в квантовых ямах, отражается от брэгговского зеркала 134, снова проходит через активную часть гетероструктуры, частично поглощаясь в квантовых ямах, и выходит из гетероструктуры с уменьшенной мощностью. Уменьшение мощности луча на фиг. 8 схематично показано уменьшением его ширины (сравните луч 6 и луч 109). Сужение диаметра луча при фокусировке и его расходимость после отражения от активной пластины не показаны.Multipass pump system works as follows. Beam 6 focuses on the excitation spot 27 on the surface of the coated heterostructure 132, passes through the active part of the heterostructure 133, partially absorbed in the quantum wells, is reflected from the Bragg mirror 134, again passes through the active part of the heterostructure, partially absorbed in the quantum wells, and leaves the heterostructure with reduced power. The decrease in beam power in FIG. 8 is schematically shown by reducing its width (compare beam 6 and beam 109). The narrowing of the beam diameter during focusing and its divergence after reflection from the active plate are not shown.

Далее луч излучения накачки 109 отражается от внешнего отражателя и фокусируется в пятно изображения 29 на поверхности гетероструктуры с покрытием 132, проходит через активную часть 133, частично поглощаясь в квантовых ямах, отражается от брэгговского зеркала 134, снова проходит через активную часть, частично поглощаясь в квантовых ямах, и выходит из гетероструктуры в сторону внешнего отражателя с уменьшенной мощностью, что показано схематично уменьшением ширины луча. После отражения от внешнего отражателя луч фокусируется в пятно возбуждения 27 на поверхности гетероструктуры с покрытием 132. Далее цикл повторяется несколько раз. Ход лучей на рисунке обозначен стрелками. Процесс продолжается либо до полного поглощения луча излучения накачки в активной части гетероструктуры, либо луч выходит за край внешнего отражателя. В данном случае область возбуждения активной пластины состоит из двух разделенных областей под пятнами возбуждения и изображения.Next, the pump radiation beam 109 is reflected from the external reflector and focused into the image spot 29 on the surface of the coated heterostructure 132, passes through the active part 133, partially absorbed in the quantum wells, is reflected from the Bragg mirror 134, again passes through the active part, partially absorbed in the quantum holes, and leaves the heterostructure in the direction of the external reflector with a reduced power, which is shown schematically by reducing the beam width. After reflection from the external reflector, the beam is focused into the excitation spot 27 on the surface of the coated heterostructure 132. Next, the cycle is repeated several times. The path of the rays in the figure is indicated by arrows. The process continues either until the pump radiation beam is completely absorbed in the active part of the heterostructure, or the beam goes beyond the edge of the external reflector. In this case, the excitation region of the active plate consists of two separated regions under the excitation spots and the image.

В данном варианте квант энергии фотона излучения лазера накачки должен быть меньше ширины запрещенной зоны толстых барьерных слоев, но слегка (на 25-100 мэВ) больше ширины запрещенной зоны материала квантовых ям. Различие в ширинах запрещенных зон материалов барьерных слоев и квантовых ям должны быть не менее 300 мэВ. В противном случае генерируемые накачкой неравновесные носители заряда не будут эффективно локализоваться в квантовых ямах. Длина волны генерируемого излучения дискового лазера будет определяться шириной запрещенной зоны материала квантовых ям. В гетероструктурах с разрывами краев разрешенных зон II - типа длина волны генерации будет определяться также величиной этих разрывов. В качестве материалов, из которых выращивается гетероструктура, могут быть использованы соединения А2В6, А3В5, в том числе и нитридные соединения элементов третьей группы Периодической таблицы элементов. Подбором соединений можно реализовать дисковый лазер с длиной волны излучения в широком спектральном диапазоне: от среднего инфракрасного до глубокого ультрафиолетового диапазона.In this embodiment, the photon energy quantum of the pump laser radiation should be less than the band gap of the thick barrier layers, but slightly (25-100 meV) larger than the band gap of the quantum well material. The difference in the bandgaps of the materials of the barrier layers and quantum wells should be at least 300 meV. Otherwise, the nonequilibrium charge carriers generated by the pump will not be effectively localized in quantum wells. The wavelength of the generated radiation from the disk laser will be determined by the band gap of the quantum well material. In heterostructures with discontinuities in the edges of the allowed bands of type II, the generation wavelength will also be determined by the magnitude of these discontinuities. Compounds A2B6, A3B5, including nitride compounds of elements of the third group of the Periodic Table of Elements, can be used as materials from which the heterostructure is grown. The selection of compounds can realize a disk laser with a radiation wavelength in a wide spectral range: from medium infrared to deep ultraviolet.

Заявляемое устройство иллюстрируется следующими примерами. The inventive device is illustrated by the following examples.

Дисковый лазер содержит активную пластину; лазер накачки; систему фокусировки излучения лазера накачки; внешний отражатель и внешние зеркала оптического резонатора дискового лазера. Активная пластина выполнена из кристалла ZnSe, легированного примесью Cr с концентрацией 2·10¹⁸ см^-3. Пластина отполирована с обеих сторон. Толщина пластины равна 100 мкм. Поперечные размеры пластины равны 3×3 мм. Плоскопараллельность сторон не хуже 3 угловых минут. На одну поверхность нанесено зеркало из чередующихся слоев Si и SiO₂ с коэффициентом отражения не менее 0.995 для излучения с длинами волн 1.9 и 2.5 мкм. Этим зеркалом пластина приклеена теплопроводящим эпоксидным клеем типа Н-20Е к медной подложке, закрепленной на элементе Пельтье. На другую сторону пластины нанесено просветляющее покрытие из Al₂O₃ на длину волны 1.9 мкм.The disk laser contains an active plate; pump laser; focusing system for pump laser radiation; external reflector and external mirrors of the optical resonator of a disk laser. The active plate is made of a ZnSe crystal doped with Cr impurity with a concentration of 2 × 10 ¹⁸ cm ^-3 . The plate is polished on both sides. The plate thickness is 100 μm. The transverse dimensions of the plate are 3 × 3 mm. The parallelism of the sides is not worse than 3 arc minutes. A mirror of alternating layers of Si and SiO ₂ with a reflection coefficient of at least 0.995 is applied to one surface for radiation with wavelengths of 1.9 and 2.5 μm. With this mirror, the plate is glued with a heat-conducting epoxy adhesive such as H-20E to a copper substrate fixed to a Peltier element. On the other side of the plate is coated with Al ₂ O ₃ at a wavelength of 1.9 μm.

Внешний отражатель имеет вогнутую сферическую поверхность с радиусом кривизны 50 мм (фокусное расстояние 25 мм), на которую нанесено зеркальное покрытие из чередующихся слоев Si и SiO₂ с коэффициентом отражения не менее 0.995 для излучения с длиной волны 1.9 мкм. Форма внешнего отражателя соответствует прямоугольнику с поперечными размерами 12×25 мм (см. рис. 5). Активная пластина расположена на оптическом расстоянии, равном 50 мм (на двойном фокусном расстоянии), от вогнутой поверхности внешнего отражателя.The external reflector has a concave spherical surface with a radius of curvature of 50 mm (focal length 25 mm), which is coated with a mirror coating of alternating layers of Si and SiO ₂ with a reflection coefficient of at least 0.995 for radiation with a wavelength of 1.9 μm. The shape of the external reflector corresponds to a rectangle with transverse dimensions 12 × 25 mm (see Fig. 5). The active plate is located at an optical distance of 50 mm (double focal length) from the concave surface of the external reflector.

Лазер накачки выполнен в виде линейки лазерных диодов с волоконным выходом. Мощность лазера составляет 15 Вт, длина волны излучения равна 1.9 мкм. Фокусирующая система состоит из двух линз. Первая линза создает параллельный лазерный пучок диаметром 6 мм, вторая линза фокусирует этот пучок в пятно возбуждения диаметром 300 мкм на просветленной поверхности активной пластины. Диаметр лазерного пучка, замеренный на двойном фокусном расстоянии от центра пятна возбуждения, равен 4 мм. Расстояние между пятном возбуждения и пятном изображения равно 2.1 мм.The pump laser is made in the form of a line of laser diodes with a fiber output. The laser power is 15 W, the radiation wavelength is 1.9 μm. The focusing system consists of two lenses. The first lens creates a parallel laser beam with a diameter of 6 mm, the second lens focuses this beam into an excitation spot with a diameter of 300 μm on the enlightened surface of the active plate. The diameter of the laser beam, measured at a double focal distance from the center of the excitation spot, is 4 mm. The distance between the excitation spot and the image spot is 2.1 mm.

Оптический резонатор дискового лазера образован зеркальным покрытием активной пластины и тремя внешними сферическими зеркалами с радиусом кривизны 70 мм (см. рис. 5). Два зеркала имеют коэффициент отражения на длине волны 2.5 мкм не менее 0.995, а выходное зеркало является частично пропускающим с коэффициентом отражения 0.95. Зеркала размещены на расстоянии 65 мм от середины отрезка, соединяющего центры пятен возбуждения и изображения. Проекции центров этих зеркал на плоскость, в которой размещена просветленная сторона активной пластины, отстоят от линии, проходящей через центры пятен возбуждения и изображения, на расстоянии 15 мм.The optical resonator of a disk laser is formed by a mirror coating of the active plate and three external spherical mirrors with a radius of curvature of 70 mm (see Fig. 5). Two mirrors have a reflection coefficient at a wavelength of 2.5 μm of at least 0.995, and the output mirror is partially transmissive with a reflection coefficient of 0.95. Mirrors are placed at a distance of 65 mm from the middle of the segment connecting the centers of the spots of excitation and the image. The projections of the centers of these mirrors on the plane in which the enlightened side of the active plate is placed are 15 mm away from the line passing through the centers of the spots of excitation and image.

Луч лазера накачки возбуждает область активной пластины под пятнами возбуждения и изображения за 22 прохода (12 проходов через пятно возбуждения и 10 проходов через пятно изображения). При этом более 90% всей мощность излучения лазера накачки поглощается в активной пластине. В области возбуждения возникает оптическое усиление, которое при наличии обратной связи приводит к генерации лазерного излучения на длине волны вблизи 2.5 мкм. Генерируемое излучение выводится из оптического резонатора дискового лазера через частично пропускающее внешнее зеркало. Мощность дискового лазера равна 5 Вт. Возбуждается основной поперечный тип колебания резонатора. Полный угол расходимости лазера равен 10 мрад. При помещении призмы в несколько измененный оптический резонатор дискового лазера достигается перестройка длины волны генерации в диапазоне 2.1-3 мкм.The pump laser beam excites the region of the active plate under the excitation and image spots in 22 passes (12 passes through the excitation spot and 10 passes through the image spot). Moreover, more than 90% of the total radiation power of the pump laser is absorbed in the active plate. Optical amplification arises in the excitation region, which, in the presence of feedback, leads to the generation of laser radiation at a wavelength near 2.5 μm. The generated radiation is output from the optical resonator of the disk laser through a partially transmitted external mirror. The power of a disk laser is 5 watts. The main transverse oscillation type of the resonator is excited. The total laser divergence angle is 10 mrad. When a prism is placed in a slightly modified optical resonator of a disk laser, the lasing wavelength can be tuned in the range of 2.1–3 μm.

В другом примере в качестве активной пластины и плоского отражателя используется гетероструктура, содержащая 10 квантовых ям из слоев GalnAs толщиной 8 нм, разделенных барьерными слоями GaAsP толщиной примерно 150 нм. Период структуры соответствует половине длине волны излучения в структуре (λ/2N, где N - средний показатель преломления гетероструктуры на длине волны λ). Длина волны излучения равна 1.05 мкм. Активная часть гетероструктуры выращена на брэгговском зеркале, состоящем из 30.5 пар чередующихся четвертьволновых слоев AlGaAs и GaAs. Зеркало, в свою очередь, выращено на подложке GaAs, толщина которой после роста уменьшена полировкой до толщины 100 мкм. Подложка GaAs припаяна к медному хладопроводу металлическим припоем.In another example, a heterostructure containing 10 quantum wells of 8 nm thick GalnAs layers separated by about 150 nm GaAsP barrier layers is used as an active plate and a planar reflector. The period of the structure corresponds to half the radiation wavelength in the structure (λ / 2N, where N is the average refractive index of the heterostructure at wavelength λ). The radiation wavelength is 1.05 μm. The active part of the heterostructure is grown on a Bragg mirror, consisting of 30.5 pairs of alternating quarter-wave AlGaAs and GaAs layers. The mirror, in turn, is grown on a GaAs substrate, the thickness of which after growth is reduced by polishing to a thickness of 100 μm. The GaAs substrate is soldered to a copper coolant with metal solder.

В качестве лазера накачки во втором примере используется лазерный диод с длиной волны излучения 1.01 мкм и волоконным выводом. Мощность лазера накачки составляет 10 Вт. Коэффициент отражения внешнего отражателя равен не менее 0.995 на длине волны 1.01 мкм. Зеркала оптического резонатора дискового лазера настроены на длину волны 1.05 мкм. Коэффициент отражения частично пропускающего внешнего зеркала равен 0.97. В остальном устройство по примеру два не отличается от устройства по примеру один.In the second example, a laser diode with a radiation wavelength of 1.01 μm and a fiber output is used as a pump laser. The laser power is 10 watts. The reflection coefficient of the external reflector is at least 0.995 at a wavelength of 1.01 μm. The mirrors of the optical resonator of a disk laser are tuned to a wavelength of 1.05 μm. The reflection coefficient of the partially transmitting external mirror is 0.97. Otherwise, the device of example two does not differ from the device of example one.

В результате, дисковый лазер по примеру 2 имеет выходную мощность 6 Вт на длине волны 1.05 мкм с высоким качеством лазерного луча.As a result, the disk laser of Example 2 has an output power of 6 W at a wavelength of 1.05 μm with a high quality laser beam.

Claims

1. A disk laser consisting of an optical cavity with a first optical axis along which the generated radiation propagates inside the optical cavity; an active plate having a first surface and a second surface, placed inside the optical resonator and mounted on a cold-conducting substrate with its first surface; pump laser; a focusing system for radiation from a pump laser and a multi-pass optical pump system that includes a reflective layer located between the plate and the substrate; a flat reflector with a mirror coating, located next to the active plate; and at least one external reflector having a concave surface with a mirror coating; in which the pump laser radiation beam is initially focused into the excitation spot on the second surface of the active plate at the intersection of the first optical axis; passes through the active plate, partially absorbed in it; reflected from the reflective layer; again passes through the active plate, again partially absorbed in it; sent to the external reflector of a multipass pump system; being reflected from it, this reflector focuses on the image spot on the surface of a flat reflector with a mirror coating; reflected from him and the external reflector, returns to the spot of excitement; and the process is repeated until the pump laser radiation is almost completely absorbed in the active plate excitation region, characterized in that the multipass optical pump system is a semiconcentric resonator with a single external reflector with a concave mirror surface having a second optical axis and characterized by a focal length in which at double the focal distance from the external reflector perpendicular to the second optical axis is a reflective layer and a mirror coating are flat about the reflector, and the focusing system is located between the pump laser and the active plate in such a way that the pump laser beam is directed toward the plate at an angle of incidence greater than half the beam convergence angle and focuses on the excitation spot near the intersection point of the second optical axis with the second surface of the active plate which does not include this point, and the center of the excitation spot is separated from this point by a distance exceeding a quarter of the diameter of the pump laser beam at a double focal distance from the excitation spot Niya.

2. The disk laser according to claim 1, characterized in that the reflective layer is made in the form of a dichroic mirror coating deposited on the first surface of the active plate and having a high reflection coefficient for both the pump laser radiation and the disk laser radiation.

3. The disk laser according to claim 1, characterized in that the active plate is made of a crystal of compounds A2B6 doped with transition metal ions.

4. The disk laser according to claim 1, characterized in that the active plate, the cold-conducting substrate and the reflective layer between them are made in the form of a single heterostructure with an integrated Bragg mirror.

5. The disk laser according to claim 4, characterized in that the heterostructure is made of compounds A2B6 or A3B5.

6. The disk laser according to claim 1, characterized in that the concave surface of the external reflector is the surface of a paraboloid of revolution around the second optical axis.

7. The disk laser according to claim 1, characterized in that the external reflector is made of a transparent material for pump laser radiation, its mirror coating on the concave surface has a high transmittance for the pump laser radiation at the intersection of the pump laser beam with the concave surface and a high coefficient reflection for the remaining surface, and the outer surface of the external reflector has an antireflection coating, at least in the region where the pump beam intersects this surface.

8. The disk laser according to claim 1, characterized in that the external reflector has an opening through which the pump laser beam passes, and its mirror coating on the concave surface has a high reflection coefficient for the pump laser radiation.

9. The disk laser according to claim 7, characterized in that the external reflector is made of a disk laser radiation-transparent material, its mirror coating on the concave surface has a high transmittance of radiation from the disk laser in the region near the intersection of the first optical axis with the concave surface, and the outer surface of the external reflector has an antireflection coating, at least near the point of intersection of the first optical axis with this surface.

10. The disk laser according to claim 9, characterized in that the external reflector is made of a disk laser radiation-transparent material, its mirror coating on the concave surface has a high transmittance of radiation from the disk laser in the region near the point of intersection of the first optical axis with the concave surface, and the outer surface of the external reflector has an antireflection coating, at least near the point of intersection of the first optical axis with this surface.

11. The disk laser according to claim 7, characterized in that the external reflector has at least one hole near the intersection of the first optical axis with the external reflector.

12. The disk laser according to claim 9, characterized in that the external reflector has at least one hole near the point of intersection of the first optical axis with the external reflector.

13. Disk laser according to any one of paragraphs. 9, 10, 11 and 12, characterized in that the first optical axis crosses the external reflector at two points and is refracted on the concave surface of the external reflector at one point, near which the mirror coating on the concave surface of the external reflector is highly reflective for radiation from a disk laser.

14. A disk laser consisting of an optical cavity with a first optical axis along which the generated radiation propagates inside the optical cavity; an active plate having a first surface and a second surface, placed inside the optical resonator and mounted on a cold-conducting substrate with its first surface; pump laser; a focusing system for radiation from a pump laser and a multi-pass optical pump system that includes a reflective layer located between the plate and the substrate; a flat reflector with a mirror coating, located next to the active plate; and at least one external reflector having a concave surface with a mirror coating; in which the pump laser radiation beam is initially focused into the excitation spot on the second surface of the active plate at the intersection of the first optical axis; passes through the active plate, partially absorbed in it; reflected from the reflective layer; again passes through the active plate, again partially absorbed in it; sent to the external reflector of a multipass pump system; being reflected from it, this reflector focuses on the image spot on the surface of a flat reflector with a mirror coating; reflected from him and the external reflector, returns to the spot of excitement; and the process is repeated until the pump laser radiation is almost completely absorbed in the field of excitation of the active plate, characterized in that the reflective layer is made in the form of a mirror coating highly reflective for the pump laser and the radiation of the disk laser deposited on the first surface of the active plate; a flat reflector is part of the active plate; the mirror coating of the flat reflector is part of the mirror coating of the active plate; the volume of the active plate under the excitation spot and the image spot is the area of excitation of the active plate; the active plate is made of a crystal of compounds A2B6 doped with transition metal ions; the multi-pass optical pumping system is a semiconcentric resonator with a single external reflector having a second optical axis and characterized by a focal length, in which a reflective layer is placed perpendicular to the second optical axis at a double focal length; the focusing system is located between the pump laser and the active plate in such a way that the pump laser beam is directed toward the plate at an angle of incidence greater than half of the beam convergence angle and focuses on the excitation spot near the intersection point of the second optical axis with the second surface of the active plate, not including point; the center of the excitation spot is separated from this point at a distance exceeding a quarter of the diameter of the pump laser beam at a double focal distance from the excitation spot; and the external reflector has a shape with limited transverse dimensions, which allows pump beams and generated radiation to be introduced into and removed from the semiconcentric cavity without crossing the concave surface of the external reflector, on which the mirror coating is uniform and highly reflective for the pump laser radiation.

15. A disk laser consisting of an optical cavity with a first optical axis along which the generated radiation propagates inside the optical cavity; an active plate having a first surface and a second surface, placed inside the optical resonator and mounted on a cold-conducting substrate with its first surface; pump laser; a focusing system for radiation from a pump laser and a multi-pass optical pump system that includes a reflective layer located between the plate and the substrate; a flat reflector with a mirror coating, located next to the active plate; and at least one external reflector having a concave surface with a mirror coating; in which the pump laser radiation beam is initially focused into the excitation spot on the second surface of the active plate at the intersection of the first optical axis; passes through the active plate, partially absorbed in it; reflected from the reflective layer; again passes through the active plate, again partially absorbed in it; sent to the external reflector of a multipass pump system; being reflected from it, this reflector focuses on the image spot on the surface of a flat reflector with a mirror coating; reflected from him and the external reflector, returns to the spot of excitement; and the process is repeated until the pump laser radiation is almost completely absorbed in the field of excitation of the active plate, characterized in that the reflective layer is made in the form of a mirror coating highly reflective for the pump laser and the radiation of the disk laser deposited on the first surface of the active plate; a flat reflector is part of the active plate; the mirror coating of the flat reflector is part of the mirror coating of the active plate; the volume of the active plate under the excitation spot and the image spot is the area of excitation of the active plate; the active plate, the cold-conducting substrate and the reflective layer between them are made of A2B6 or A3B5 compounds in the form of a single heterostructure with an integrated Bragg mirror; the multi-pass optical pumping system is a semiconcentric resonator with a single external reflector having a second optical axis and characterized by a focal length, in which a reflective layer is placed perpendicular to the second optical axis at a double focal length; the focusing system is located between the pump laser and the active plate in such a way that the pump laser beam is directed toward the plate at an angle of incidence greater than half of the beam convergence angle and focuses on the excitation spot near the intersection point of the second optical axis with the second surface of the active plate, not including point; the center of the excitation spot is separated from this point at a distance exceeding a quarter of the diameter of the pump laser beam at a double focal distance from the excitation spot; and the external reflector has a shape with limited transverse dimensions, which allows pump beams and generated radiation to be introduced into and removed from the semiconcentric cavity without crossing the concave surface of the external reflector, on which the mirror coating is uniform and highly reflective for the pump laser radiation.