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ディスクレーザーまたはアクティブミラー（図1）は、ダイオード励起固体レーザーの一種で、薄いアクティブゲイン媒質の層の両面にヒートシンクとレーザー出力部が設けられています。[ 1 ]ディスクレーザーという名前にもかかわらず、必ずしも円形である必要はなく、他の形状も試されています。ディスクの厚さはレーザービームの直径よりもかなり小さくなっています。当初、このレーザー共振器構成は[ 2 ]提案され、薄型半導体レーザー用に実験的に実現されました。[ 3 ]
ディスクレーザーの概念は、その広い面積により非常に高い平均出力とピーク出力[ 4 ]を可能にし、活性材料上の適度な出力密度をもたらします。
当初、ディスクレーザーはアクティブミラーと呼ばれていました。これは、ディスクレーザーの利得媒体が、反射率が1より大きい光学ミラーであるためです。アクティブミラーとは、薄い円盤状の二重通過型光増幅器のことです。
最初の能動ミラーは、レーザーエネルギー研究所 （米国）で開発されました。[ 6 ] スケーラブルなダイオード端面励起ディスクNd:YAGレーザーは、タルボット能動ミラー構成で[ 7 ]に提案されました。[ 8 ]
その後、この概念は様々な研究グループで発展し、特にシュトゥットガルト大学（ドイツ）[ 9 ]ではYbドープガラスに関する研究が行われた。
ディスクレーザーでは、ヒートシンクは透明である必要がないため、横方向のサイズが大きくても非常に効率的です。デバイスのサイズが大きくなったことで、設計を大幅に変更することなく、数キロワットまで出力を拡張することが可能になった（図1）。 [ 10 ]
このようなレーザーの出力は、利用可能なポンプ出力だけでなく、過熱、増幅自然放出 （ASE）、およびバックグラウンドの往復損失によっても制限されます。[ 11 ] 過熱を避けるために、サイズ電力スケーリングに伴って増加させるべきである。次に、 ASEの指数関数的増加による大きな損失を避けるために、横方向トリップゲインは 大きくすることはできません。これはゲインの低減を必要とします。この利得は出力カプラの反射率と厚さによって決まります。往復の利益往復損失よりも大きいままであるべきである （違い（レーザー共振器から各往復で出力される光エネルギーを決定する）。特定の往復損失において厚みを増す必要があるそして、ある臨界サイズに達すると、ディスクが厚くなりすぎて、過熱せずに閾値以上にポンプで送液することができなくなる。
単純なモデルから、電力スケーリングのいくつかの特徴を明らかにすることができる。は 媒体の 飽和強度である[ 11 ] [ 12 ] 。周波数の比率は、 熱負荷パラメータとする。重要なパラメータ ディスクレーザーの最大出力を決定します。対応する最適な厚さは、以下で推定できます。 対応する最適なサイズ おおよそ、往復損失は必要電力の立方根に反比例するはずです。
もう一つの問題は、ポンプエネルギーの効率的な伝送です。往復利得が低い場合、ポンプの1回通過吸収も低くなります。したがって、効率的な動作にはポンプエネルギーの再利用が必要です。（図2の左側にある追加のミラーMを参照してください。）出力スケーリングのためには、媒体は光学的に薄く、ポンプエネルギーを何度も通過させる必要があります。ポンプエネルギーの横方向伝送 [ 12 ] も解決策となる可能性があります。
薄型ディスクダイオード励起固体レーザーは、タルボット共振器における横モード同期によってスケーリングできる。[ 8 ]タルボットスケーリングの注目すべき特徴は、フレネル数がの自己イメージングによって位相ロックされた素子レーザーアレイは次のように表される：[ 7 ]
位相同期エミッタの数の制限これは、次数 のアクティブミラー全体にランダムに分布した位相歪みによるものです。[ 13 ]
ASE の影響を軽減するために、ディスク レーザーの表面に無添加材料からなるアンチ ASE キャップを設けることが提案されている。[ 15 ] [ 16 ] このようなキャップは、自発的に放出された光子が活性層から脱出することを可能にし、キャビティ内で共鳴するのを防ぐ。光線は、覆われていないディスクのように跳ね返ることはない (図 3)。これにより、ディスク レーザーで達成可能な最大出力を 1 桁増加させることができる可能性がある。[ 14 ]どちらの場合も、ディスクの端からの ASE の後方反射を抑制する必要がある。これは、図 4 に緑色で示されている吸収層によって行うことができる。最大出力に近い動作では、エネルギーのかなりの部分が ASE に消費されるため、吸収層にもヒートシンクを供給する必要があるが、図には示されていない。
与えられた損失で達成可能な最大電力の推定値に非常に敏感です上限の推定値所望の出力電力達成可能であり、堅牢である。この推定値は正規化された電力に対してプロットされる。 図5において、はレーザーの出力電力であり、 は電力の次元尺度であり、主要パラメータと関連している。 太い破線は、カバーされていないディスクの推定値を示しています。太い実線は、ドープされていないキャップ付きディスクの推定値を示しています。細い実線は、定性的な推定値を示しています。係数なし。円は、達成された電力の実験データと、背景損失の対応する推定値に対応する。今後のすべての実験、数値シミュレーション、および推定では、以下の値が得られると予想されます。図5の赤い破線より下にあるのは、カバーされていないディスクの場合であり、青い曲線より下にあるのは、反ASEキャップ付きのディスクの場合である。これは、ディスクレーザーのスケーリング法則として解釈できる。[ 17 ]
前述の曲線付近では、ディスクレーザーの効率は低く、励起パワーの大部分はASE（増幅自然放出）に使われ、デバイスの端部で吸収されます。このような場合、複数のディスクに励起エネルギーを分配することで、レーザーの性能を大幅に向上させることができます。実際、同じ共振器内に複数の素子を組み合わせたレーザーが報告されています。
パルス動作においても同様のスケーリング則が成り立つ。準連続波モードでは、飽和強度をポンプのフィルファクターとポンプの持続時間と繰り返し周波数の積でスケーリングすることにより、最大平均電力を推定できる。パルス持続時間が短い場合は、より詳細な解析が必要となる。 [ 18 ] 繰り返し周波数が中程度（例えば1 Hz以上 ）の場合、出力パルスの最大エネルギーは、背景損失の3乗にほぼ反比例する。; ドープされていないキャップは、このキャップがバックグラウンド損失に寄与しないという条件の下で、平均出力電力をさらに1桁増加させる可能性がある。低繰り返し周波数（および単一パルスの領域）で十分なポンプパワーがある場合、エネルギーの一般的な制限はないが、必要なパルスエネルギーの増加に伴ってデバイスに必要なサイズが急速に大きくなり、エネルギーの実際的な制限が設定される。ディスク内の信号のバックグラウンド内部損失のレベルに応じて、単一のアクティブ素子から光パルスで数ジュールから数千ジュールまで抽出できると推定されている。[ 19 ]
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