EFFICIENT 4-FOLD SELF-COMPRESSION OF MILLIJOULE PULSES FROM A 1.5-μm OPTICAL PARAMETRIC CHIRPED-PULSE AMPLIFIER
S. Ališauskas^a, V. Smilgevičius^a, A.P.  Piskarskas^a, O.D. Mücke^b, A.J. Verhoef^b, A. Pugžlys^b, A. Baltuška^b, J. Pocius^a,c, L. Giniūnas^c, R. Danielius^c, and N. Forget^d
aDepartment of Quantum Electronics, Vilnius University, Saul˙etekio 9, LT-10222 Vilnius, Lithuania
E-mail: skirmantas.alisauskas@ff.vu.lt
^bPhotonics Institute, Vienna University of Technology, Gusshausstr. 27-387, A-1040 Vienna, Austria
^cLight Conversion Ltd., P/O Box 1485, Saulėtekio 10, LT-10223 Vilnius, Lithuania
^dFastlite, Bâtiment 403, Ecole Polytechnique, F-91128 Palaiseau, France

Received 26 October 2009; revised 29 December 2009; accepted 19 March 2010

We discuss a four-stage optical parametric chirped-pulse amplifier that delivers carrier-envelope phase-stable 1.5 μm pulses with energies up to 12.5 mJ before recompression. The system (previously reported in Opt. Lett. 34, 2498 (2009)) is based on a fusion of femtosecond diode-pumped solid-state Yb technology and a picosecond 100-mJ Nd:YAG pump amplifier. Pulses with 62 nm bandwidth are recompressed to a 74.4 fs duration, which is close to the transform limit. Here, to show the way towards a TW-peak-power single-cycle IR source, we perform detailed investigations of single-filament IR supercontinuum generation via femtosecond filamentation in noble gases. Depending on the experimental conditions, two filamentation regimes can be achieved: (i) in the filamentation regime without plasma-induced pulse self-compression, we generate 4-mJ 600-nm-wide IR supercontinua of high spatial quality supporting 8-fs pulse durations, which corresponds to less than two optical cycles at 1.5 μm; (ii) in the self-compression regime, we demonstrate self-compression of 2.2 mJ pulses down to 19.8 fs duration in a single filament in argon with a 1.5 mJ output energy and 66% energy throughput. By adapting the experimental conditions, further energy upscaling of the self-compressed pulses seems feasible.

Keywords: optical parametric amplification, filamentation, pulse self-compression, intense few-cycle infrared pulses

FAZIŠKAI MODULIUOTŲ MILIDŽAULINĖS ENERGIJOS IMPULSŲ PARAMETRINIS STIPRINTUVAS 1,5 μm SRITYJE SU IMPULSŲ SAVISPŪDA INERTINĖSE DUJOSE
S. Ališauskas^a, V. Smilgevičius^a, A.P.  Piskarskas^a, O.D. Mücke^b, A.J. Verhoef^b, A. Pugžlys^b, A. Baltuška^b, J. Pocius^a,c, L. Giniūnas^c, R. Danielius^c, N. Forget^d
aVilniaus universitetas, Vilnius, Lietuva
^bVienos technologijos universiteto Fotonikos institutas, Viena, Austrija
^cUAB „Šviesos konversija“, Vilnius, Lietuva
^d Fastlite, Palaiseau, Prancūzija

Pademonstruotas stabilizuotos fazės keturių pakopų II fazinio sinchronizmo tipo faziškai moduliuotų impulsų parametrinis stiprintuvas 1,5 μm srityje. Jo impulso energija prieš kompresiją siekia 12,5 mJ. Parametrinio stiprintuvo sistema sudaryta iš femtosekundinio diodais kaupinamo Yb:KGV ir pikosekundinio lempomis kaupinamo 100 mJ Nd:IAG lazerių. Parametriškai sustiprinti impulsai, kurių spektro plotis pusaukštyje siekia 62 nm, buvo suspausti iki 74,4 fs, t. y. beveik iki spektriškai riboto impulso. Norint atskleisti galimybę generuoti kelių ciklų trukmės TW eilės smailinės galios impulsus IR srityje, buvo sugeneruotas 4 mJ 600 nm spektro pločio filamentas, kuris atitiktų 8 fs spektriškai ribotą impulsą. Taip pat argono dujose pademonstruota 2,2 mJ energijos impulso filamentacija su savispūda iki 19,8 fs pavienėje gijoje, 66 % energijos pralaidumu ir siekianti 1,5 mJ energiją išvade.