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Journée OPCPA, 18 Juin 2004 Palaiseau
1
E. Hugonnot, M. Somekh, A. Nellet, G. MenneratCEA CESTA, B.P. 2, 33114 Le Barp, FRANCE
D. Villate, F. SalinCELIA, Université Bordeaux 1
351 cours de la libération 33405 Talence cedex FRANCE
E. FreyszCPMOH, Université Bordeaux 1
351 cours de la libération 33405 Talence cedex Francefreysz@cpmoh.u-bordeaux1.fr
Journée OPCPA, 18 Juin 2004 Palaiseau
2
CPAChirped Pulse Amplification
OPAOptical Parametric Amplification
OPCPAOptical Parametric Chirped Pulse Amplification
A. Dubeitis, G. Jonusauskas et A. Piskarskas, Opt. Comm. 88, 437-440 (1992)I.N. Ross, P. Matousek, M. Towrie, A.J. Langley and J.L. Collier, Opt. Comm. 144, 125-133 (1997)
Stretcher CompressorParametricamplification
OPCPA: Principes
Journée OPCPA, 18 Juin 2004 Palaiseau
3
780 790 800 810 820 8300
100
200
300
400 α=0° θ=22.02° α=0° θ=22.09° α=0° θ=22.16°
Spec
tral
Gai
n
Wavelength (nm)
Collinear geometry: α=0°
→ Accordability
Non Collinear geometry
790 800 810 820 8300
100
200
300 α=1.8° θ=23.10° α=0.6° θ=22.23°
Spec
tral
Gai
nWavelength (nm)
→ Spectral broadening
BBO 1cm longType I interactionλp=532 nmIp=500 MW/cm2
Overview of parametric amplification
ωp=ωi+ωs p i sk k k= +r r r
θ: phase matching angleα: non collinear angle Optical axis
θα
ks
kp
ki
ωp (pump)
ωs (signal)
ωi (idler) ωp
ωs χ(2)
Journée OPCPA, 18 Juin 2004 Palaiseau
4
750 800 850 9000
500
1000
1500
2000
2500
Am
plitu
de (a
.u.)
Wavelenght (nm)0 100 200 300
0
20
40
60
80
100
Spec
tral
Ban
dwid
th (n
m)
Injected power (mW)
Ti:sapphire oscillator120 fs, 76 MHz, 810 nm, 8nm
Photonic band gap optical fiberprovided by Crystal Fibre15 cm longzero dispersion at 1 µm
Spectral broadening in Photonic Band Gap Optical Fiber
Journée OPCPA, 18 Juin 2004 Palaiseau
5
Experimental set-up
Ar+ laser
Q-switched Nd:Yag532 nm , 100 mJ, 7 ns, 10 Hz
Ti:Sapphireoscillator
810 nm5 nJ
120 fs76 Mhz
BBO
λ/2
Grating Opticalswitch
f=1000 mm
20%
Beamdumper
Beamdumper
photonicbandgap
optical fiber
Opticalswitch
Pump: 7 ns
Signal350 ps
Journée OPCPA, 18 Juin 2004 Palaiseau
6
Ti:sapphire oscillator 76 MHz Shaping
Nd:Yag Flash
Nd:Yag Pockels
Measured temporal jitter betweenpump and signal < 200 ps
Pump: 7 nsSignal350 ps
Experimental set-up
Journée OPCPA, 18 Juin 2004 Palaiseau
7
0 100 200 300 400 5000
50
100
150
Theory Experiment
Gai
n
Ipump (MW/cm2)
Gain in collinear geometry (810 nm)
Evidence parametric amplification
Journée OPCPA, 18 Juin 2004 Palaiseau
8
780 790 800 810 820 8300
100
200
300
400 α=0° θ=22.02° α=0° θ=22.09° α=0° θ=22.16°
Spec
tral
Gai
n
Wavelength (nm)780 790 800 810 820 830 8400
1000
2000
3000
4000
Inte
nsity
(a.u
.)
Wavelength (nm)
790 800 810 82022,0
22,1
22,2
22,3
Experiment Theory
Phas
e-m
atch
ing
angl
e (°
)
Wavelength (nm)790 800 810 820 830
5
10
15
Experiment Theory
Spec
tral
ban
dwid
th (n
m)
Wavelength (nm)
Accordability in collinear geometry: experiment
Journée OPCPA, 18 Juin 2004 Palaiseau
9
790 800 810 820 8300
50
100
150
200
250
300 α=1.8° θ=23.10° α=0.6° θ=22.23°
Spec
tral
Gai
n
Wavelength (nm)790 800 810 820 8300
1000
2000
3000
4000 α=1.8° α=0.6°
Inte
nsity
(a.u
.)
Wavelength (nm)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,50
10
20
30
40
(a)
Experiment Theory
Spec
tral
ban
dwid
th (n
m)
Non-collinear angle α (°)22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 25,00
1
2
3
(b)
Experiment Theory
Non
-col
linea
r ang
le α
(°)
Phase-matching angle θ (°)
Spectral broadening in non-collinear geometry: experiment
Journée OPCPA, 18 Juin 2004 Palaiseau
10
-0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,30,0
0,5
1,0
Inte
nsity
Delay (ps)780 800 820 840
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Inte
nsity
Wavelength (nm)
Spectral shape Temporal shape
Without amplification
With amplification
θ=0°
With amplification
θ=2.3°-0,2 0,0 0,2
0,0
0,5
1,0
Inte
nsity
Delay (ps)780 790 800 810 820 830 840
0,0
0,5
1,0
Inte
nsity
Wavelength (nm)
∆τ=117 fs∆λ= 23.06 nm
-0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3
0,0
0,5
1,0
Inte
nsity
Delay (ps)780 790 800 810 820 830 840
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Inte
nsity
Wavelength (nm)
∆τ=218 fs∆λ= 11.05 nm
∆τ=117 fs∆λ= 25.00 nm
Temporal compression of amplified pulses
Journée OPCPA, 18 Juin 2004 Palaiseau
11
790 795 800 805 810 815 8200
500
1000
1500
2000
2500
3000In
tens
ity (a
u)
Wavelength (nm)
→ Application to spectral narrowing compensation in a high power laser chain
BBO1 BBO2
OPCPA and Spectral Shaping
Journée OPCPA, 18 Juin 2004 Palaiseau
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Travaux en cours
1. OPCPA et amplificateur régénératif
OPO simplement sur résonnant l ’idlerinjecté par le signal et pompé
Signal 800 nm, 300 ps
Pompe 532 nm, 6 ns
15 cm
2. OPCPA large bande dans des PPLN
PPLN
Journée OPCPA, 18 Juin 2004 Palaiseau
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Using an OPCPA
• We have amplified of short pulses spectrallybroaden by a photonic bandgap optical fiber
• We have studied of spectral tunability and limitation of the process
• We have compressed the amplified pulses
• We have spectrally shaped the amplified pulses
Conclusion