Amplification of ultrashort laser pulses in the photolytically driven XeF(C–A) active medium

Abstract

Amplification of ultrashort laser pulses is demonstrated in a gas medium of the photolytical XeF(C–A) laser. A gas mixture of XeF2:N2:Ar was excited by vacuum-ultraviolet radiation produced by a high-current multichannel sliding discharge, which was initiated along one side of dielectric laser cavity. A small-signal gain of 1.6×10−3 cm−1 is observed for a seed pulse at 488 nm with ∼150 fs duration. The use of a second optical source together with the device optimization promise a multiple increase in the gain and the obtaining of high-contrast TW femtosecond pulses as a result of direct amplification, without application of a stretching/compression technique.

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

“…Récemment, nous avons montré que le rayonnement UV-VUV issu d'un plasma généré par une décharge de surface de forte puissance sur un diélectrique est capable d'exciter de grands volumes de milieux gazeux amplificateur laser (ici XeF 2 /N 2 /Ar ou Kr) [2]. Nous avonségalement montré, lors d'expériences pilotes en régime femtoseconde, qu'un gainà faible signal g 0 ∼ 1,6 10 −3 cm −1 , homogène spectralement sur une large plage du domaine d'émission de XeF(C-A) ( ≈ 10 nm autour de la longueur d'onde de centrage) et spatialement sur un volume de plusieurs litres (section droite ∼ 4 × 18 cm 2 ), pouvaitêtre obtenu pendant une durée submicroseconde [2,3].…”

“…Nous avonségalement montré, lors d'expériences pilotes en régime femtoseconde, qu'un gainà faible signal g 0 ∼ 1,6 10 −3 cm −1 , homogène spectralement sur une large plage du domaine d'émission de XeF(C-A) ( ≈ 10 nm autour de la longueur d'onde de centrage) et spatialement sur un volume de plusieurs litres (section droite ∼ 4 × 18 cm 2 ), pouvaitêtre obtenu pendant une durée submicroseconde [2,3]. L'optimisation, actuellement entreprise de la source de pompage (adjonction d'une deuxième source, augmentation de la puissance déposée, utilisation du krypton comme gaz tampon, etc.…”

“…Le volume gazeux excité occupantà peu près l'ensemble de la cellule, la longueur parcourue par le faisceau dans le milieu est très peu différente de cette dernière et nous prendrons ces deux longueurségales dans les calculs. Nous assumons un milieu actif de longueur de gain légaleà 10 m, aisément accessible par un système multipassages ascendant -descendant dans le milieu gazeux XeF [2], et de gainégal successivement a g 0 = 1.6 10 -3 cm -1 (vérifié expérimentalement) et g 0 ∼ 2,5 10 -3 cm -1 (valeur après l'optimisation en cours de la source de pompage). Pour tenir compte de la possibilité de régler le système optique pour permettre un parcours plus long dans la cavité ou de mettre en cascade deux systèmes amplificateurs identiques, nousétudionségalement deux autres cas correspondantà g 0 x 2l = 3,2 et 5.…”

“…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 .…”