Possibility of amplification of a femtosecond pulse up to he energy 1 kJ

Abstract

Optically excited active medium at XeF(/4) transition (X = 481 nm) is considered from the viewpoint of its possible application in ultrashort (down to 10 fs) light pulses amplification due to the extremely wide amplification band of the transition. Photolytical pumping of XeF(C -A) by pulsed discharge or shock wave radiation allows one to amplify light beams with the cross-section at least up to -1 m 2 . Taking into account strong bulk and surface nonlinear effects at high-power density, it seems feasible to get the output energy up to ~ 1 kJ and the power density in the focal spot up to 10 23 W/cm 2 . Consideration of spatial-time distribution of the excited XeF(C) molecules, formed in the XeF 2 photodissociation wave under the action of powerful optical pumping, shows a possibility in principle to design multipass amplifiers with the inversion running wave, which are intended for the amplification of ultrashort pulses up to the energies noted above.

Multi-terawatt femtosecond laser system of visible range based on a photochemical XeF(C-A) amplifier

“…The approach is based on a solid-state femtosecond laser complex (second harmonic, 475 nm) and a photochemical XeF(C-A) amplifier with a gaseous active medium (Mikheev, 1992;Eckstrom & Walker, 1982). The advantage of this hybrid (solid/gas) design of high-power femtosecond systems is that due to the much lower optical nonlinearity of gas compared to a solid, the admissible stretch factor of femtosecond pulses before their amplification is three orders of magnitude smaller than that for solid-state systems.…”

Chaînes laser intenses à contraste élevé par amplification directe dans un milieu gazeux à excimères*

“…des milieux amplificateurs gazeux apparaissent donc au premier abord particulièrement adaptées à l'amplification de puissance générant un faible flux d'ASE et optimisant l'intensité laser sur cible. Parmi l'ensemble des milieux gazeux, le milieu à excimères XeF (C-A) est extrêmement intéressant pour l'amplification de puissance d'impulsions ultracourtes, grâce à sa large bande spectrale de gain ( FWHM = 70 nm centré à 475 nm) et à sa fluence de saturation relativement élevée (50 mJ.cm −2 ) [2]. Afin de comparer le potentiel du milieu XeF(C-A) avec celui d'autres milieux fréquemment utilisés comme amplificateurs de puissance et pour essayer d'exprimer quantitativement les remarques précédentes, il est intéressant d'établir la figure de mérite FM suivante [3]:…”

“…Pour le Nd:verre: données pour des matrices de verre phosphaté dopés aux ions néodyme [7], ce milieu étant le plus répandu pour l'amplification de puissance. Pour le calcul de FM, nous utilisons les valeurs typiques de g 0 · l rencontrés lors d'amplification de puissance et les dimensions des matériaux sont respectivement: S TiSa−max ∼ 80 cm 2 Si l'on se réfère aux limitations (i)-(iv) évoquées en introduction, on peut donc s'apercevoir que, pour la plupart, elles peuvent être levées dans le cas de l'utilisation d'un amplificateur gazeux final de caractéristiques adaptées (bande spectrale d'amplification, excitation) comme XeF(C-A) pompé par voie photochimique. Cette constatation finale justifie donc notre choix de développer une chaîne laser ultrabrève hybride (solide/gaz) intense où la fonction « création du spectre et amplification à puissance modérée » (particulièrement adaptée à la technologie tout solide) utilise des milieux solides et la fonction « amplification de puissance sans distorsion » est assurée par un milieu gazeux.…”

Impulsions laser femtosecondes intenses à contraste élevé dans le bleu-vert par amplification directe dans un milieu gazeux

“…L'originalité de conception de ce type de chaînes laser est d'utiliser des milieux solides pour générer les impulsions femtosecondes (< 100 fs, faibleénergie), puis d'améliorer leur contraste temporel par conversion non-linéaire et, enfin, de recourirà un milieu gazeux pour les amplifier [1,2]. Lorsqu'il s'agit d'augmenter la puissance laser instantanée d'un système laser en bout de chaîne, un milieu gazeux procure un avantage majeur par rapportà un milieu solide, liéà un seuil d'apparition des phénomènes non linéaires beaucoup plusélevé (n 2,gaz ≈ 0.001 n 2,solide typiquement).…”

“…Parmi les milieux gazeux possibles, le laserà excimères XeF (C-A) présente des caractéristiques exceptionnelles d'amplification pour le régime femtoseconde [1,2] : une largeur de gain importante (∼70 nm) centréeà 475 nm dans une bande accessible par conversion non-linéaire (doublage de fréquences)à partir des lasers Titane:Saphir, uneénergie de saturationélevée (E sat = 0,05 J.cm −2 ) et une faible section d'émission stimulée (10 -17 cm 2 ). De telles propriétés permettent, théoriquement, l'amplification d'impulsions ultrabrèves de ∼10 fs et d'atteindre une intensité de 10 22 W.cm −2 .…”