Abstract

We describe a time-dependent wave-optics propagation model applicable to laboratory x-ray lasers and amplified spontaneous emission devices described in the literature. The model embodies a stochastic treatment of spontaneous emission, counterpropagating beams, diffraction, gain saturation, transverse variation of gain, and refractive effects due to electron density gradients. The model has been used to describe the output beam characteristics and spatial coherence properties of some plausible lasers.

© 1990 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. S. Suckewer, C. H. Skinner, H. Milchberg, C. Keane, and D. Voorhees, Phys. Rev. Lett. 55, 1753 (1985).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. P. Jaegle, A. Carillon, A. Klisnick, G. Jamelot, J. Gruenou, and A. Sureau, Europhys. Lett. 1, 55 (1986).
    [CrossRef]
  4. C. J. Keane, N. M. Ceglio, B. J. MacGowan, D. L. Matthews, D. G. Nilson, J. E. Trebes, and D. A. Whelan, J. Phys. B 22, 3343 (1989).
    [CrossRef]
  5. R. A. London, Phys. Fluids 31, 184 (1988).
    [CrossRef]
  6. J. A. Fleck, J. Appl. Phys. 37, 188 (1966).
    [CrossRef]
  7. J. A. Fleck, Phys. Rev. B 1, 84 (1970).
    [CrossRef]
  8. J. A. Fleck, J. R. Morris, and M. D. Feit, Appl. Phys. 10, 129 (1976); M. D. Feit, J. A. Fleck, and A. Steiger, J. Comput. Phys. 47, 412 (1983); M. D. Feit and J. A. Fleck, J. Opt. Soc. Am. B 5, 633 (1988).
    [CrossRef]
  9. M. Born and E. Wolf, Principles of Optics (Pergamon, New York, 1980).
  10. D. Matthews, M. Rosen, S. Brown, N. Ceglio, D. Eder, A. Hawryluk, C. Keane, R. London, B. MacGowan, S. Maxon, D. Nilson, J. Scofield, and J. Trebes, J. Opt. Soc. B 4, 575 (1987).
    [CrossRef]
  11. R. London, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, California 94550 (personal communication).

1989 (1)

C. J. Keane, N. M. Ceglio, B. J. MacGowan, D. L. Matthews, D. G. Nilson, J. E. Trebes, and D. A. Whelan, J. Phys. B 22, 3343 (1989).
[CrossRef]

1988 (1)

R. A. London, Phys. Fluids 31, 184 (1988).
[CrossRef]

1987 (1)

D. Matthews, M. Rosen, S. Brown, N. Ceglio, D. Eder, A. Hawryluk, C. Keane, R. London, B. MacGowan, S. Maxon, D. Nilson, J. Scofield, and J. Trebes, J. Opt. Soc. B 4, 575 (1987).
[CrossRef]

1986 (1)

P. Jaegle, A. Carillon, A. Klisnick, G. Jamelot, J. Gruenou, and A. Sureau, Europhys. Lett. 1, 55 (1986).
[CrossRef]

1985 (2)

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

S. Suckewer, C. H. Skinner, H. Milchberg, C. Keane, and D. Voorhees, Phys. Rev. Lett. 55, 1753 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

1976 (1)

J. A. Fleck, J. R. Morris, and M. D. Feit, Appl. Phys. 10, 129 (1976); M. D. Feit, J. A. Fleck, and A. Steiger, J. Comput. Phys. 47, 412 (1983); M. D. Feit and J. A. Fleck, J. Opt. Soc. Am. B 5, 633 (1988).
[CrossRef]

1970 (1)

J. A. Fleck, Phys. Rev. B 1, 84 (1970).
[CrossRef]

1966 (1)

J. A. Fleck, J. Appl. Phys. 37, 188 (1966).
[CrossRef]

Born, M.

M. Born and E. Wolf, Principles of Optics (Pergamon, New York, 1980).

Brown, S.

D. Matthews, M. Rosen, S. Brown, N. Ceglio, D. Eder, A. Hawryluk, C. Keane, R. London, B. MacGowan, S. Maxon, D. Nilson, J. Scofield, and J. Trebes, J. Opt. Soc. B 4, 575 (1987).
[CrossRef]

Campbell, E. M.

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Carillon, A.

P. Jaegle, A. Carillon, A. Klisnick, G. Jamelot, J. Gruenou, and A. Sureau, Europhys. Lett. 1, 55 (1986).
[CrossRef]

Ceglio, N.

D. Matthews, M. Rosen, S. Brown, N. Ceglio, D. Eder, A. Hawryluk, C. Keane, R. London, B. MacGowan, S. Maxon, D. Nilson, J. Scofield, and J. Trebes, J. Opt. Soc. B 4, 575 (1987).
[CrossRef]

Ceglio, N. M.

C. J. Keane, N. M. Ceglio, B. J. MacGowan, D. L. Matthews, D. G. Nilson, J. E. Trebes, and D. A. Whelan, J. Phys. B 22, 3343 (1989).
[CrossRef]

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Eckart, M. J.

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Eder, D.

D. Matthews, M. Rosen, S. Brown, N. Ceglio, D. Eder, A. Hawryluk, C. Keane, R. London, B. MacGowan, S. Maxon, D. Nilson, J. Scofield, and J. Trebes, J. Opt. Soc. B 4, 575 (1987).
[CrossRef]

Feit, M. D.

J. A. Fleck, J. R. Morris, and M. D. Feit, Appl. Phys. 10, 129 (1976); M. D. Feit, J. A. Fleck, and A. Steiger, J. Comput. Phys. 47, 412 (1983); M. D. Feit and J. A. Fleck, J. Opt. Soc. Am. B 5, 633 (1988).
[CrossRef]

Fleck, J. A.

J. A. Fleck, J. R. Morris, and M. D. Feit, Appl. Phys. 10, 129 (1976); M. D. Feit, J. A. Fleck, and A. Steiger, J. Comput. Phys. 47, 412 (1983); M. D. Feit and J. A. Fleck, J. Opt. Soc. Am. B 5, 633 (1988).
[CrossRef]

J. A. Fleck, Phys. Rev. B 1, 84 (1970).
[CrossRef]

J. A. Fleck, J. Appl. Phys. 37, 188 (1966).
[CrossRef]

Gruenou, J.

P. Jaegle, A. Carillon, A. Klisnick, G. Jamelot, J. Gruenou, and A. Sureau, Europhys. Lett. 1, 55 (1986).
[CrossRef]

Hagelstein, P. L.

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Hatcher, C. W.

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Hawryluk, A.

D. Matthews, M. Rosen, S. Brown, N. Ceglio, D. Eder, A. Hawryluk, C. Keane, R. London, B. MacGowan, S. Maxon, D. Nilson, J. Scofield, and J. Trebes, J. Opt. Soc. B 4, 575 (1987).
[CrossRef]

Hawryluk, A. M.

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Hazi, A. U.

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Jaegle, P.

P. Jaegle, A. Carillon, A. Klisnick, G. Jamelot, J. Gruenou, and A. Sureau, Europhys. Lett. 1, 55 (1986).
[CrossRef]

Jamelot, G.

P. Jaegle, A. Carillon, A. Klisnick, G. Jamelot, J. Gruenou, and A. Sureau, Europhys. Lett. 1, 55 (1986).
[CrossRef]

Kauffman, R. L.

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Keane, C.

D. Matthews, M. Rosen, S. Brown, N. Ceglio, D. Eder, A. Hawryluk, C. Keane, R. London, B. MacGowan, S. Maxon, D. Nilson, J. Scofield, and J. Trebes, J. Opt. Soc. B 4, 575 (1987).
[CrossRef]

S. Suckewer, C. H. Skinner, H. Milchberg, C. Keane, and D. Voorhees, Phys. Rev. Lett. 55, 1753 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Keane, C. J.

C. J. Keane, N. M. Ceglio, B. J. MacGowan, D. L. Matthews, D. G. Nilson, J. E. Trebes, and D. A. Whelan, J. Phys. B 22, 3343 (1989).
[CrossRef]

Klisnick, A.

P. Jaegle, A. Carillon, A. Klisnick, G. Jamelot, J. Gruenou, and A. Sureau, Europhys. Lett. 1, 55 (1986).
[CrossRef]

London, R.

D. Matthews, M. Rosen, S. Brown, N. Ceglio, D. Eder, A. Hawryluk, C. Keane, R. London, B. MacGowan, S. Maxon, D. Nilson, J. Scofield, and J. Trebes, J. Opt. Soc. B 4, 575 (1987).
[CrossRef]

R. London, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, California 94550 (personal communication).

London, R. A.

R. A. London, Phys. Fluids 31, 184 (1988).
[CrossRef]

MacGowan, B.

D. Matthews, M. Rosen, S. Brown, N. Ceglio, D. Eder, A. Hawryluk, C. Keane, R. London, B. MacGowan, S. Maxon, D. Nilson, J. Scofield, and J. Trebes, J. Opt. Soc. B 4, 575 (1987).
[CrossRef]

MacGowan, B. J.

C. J. Keane, N. M. Ceglio, B. J. MacGowan, D. L. Matthews, D. G. Nilson, J. E. Trebes, and D. A. Whelan, J. Phys. B 22, 3343 (1989).
[CrossRef]

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Matthews, D.

D. Matthews, M. Rosen, S. Brown, N. Ceglio, D. Eder, A. Hawryluk, C. Keane, R. London, B. MacGowan, S. Maxon, D. Nilson, J. Scofield, and J. Trebes, J. Opt. Soc. B 4, 575 (1987).
[CrossRef]

Matthews, D. L.

C. J. Keane, N. M. Ceglio, B. J. MacGowan, D. L. Matthews, D. G. Nilson, J. E. Trebes, and D. A. Whelan, J. Phys. B 22, 3343 (1989).
[CrossRef]

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Maxon, S.

D. Matthews, M. Rosen, S. Brown, N. Ceglio, D. Eder, A. Hawryluk, C. Keane, R. London, B. MacGowan, S. Maxon, D. Nilson, J. Scofield, and J. Trebes, J. Opt. Soc. B 4, 575 (1987).
[CrossRef]

Medecki, H.

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Milchberg, H.

S. Suckewer, C. H. Skinner, H. Milchberg, C. Keane, and D. Voorhees, Phys. Rev. Lett. 55, 1753 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Morris, J. R.

J. A. Fleck, J. R. Morris, and M. D. Feit, Appl. Phys. 10, 129 (1976); M. D. Feit, J. A. Fleck, and A. Steiger, J. Comput. Phys. 47, 412 (1983); M. D. Feit and J. A. Fleck, J. Opt. Soc. Am. B 5, 633 (1988).
[CrossRef]

Nilson, D.

D. Matthews, M. Rosen, S. Brown, N. Ceglio, D. Eder, A. Hawryluk, C. Keane, R. London, B. MacGowan, S. Maxon, D. Nilson, J. Scofield, and J. Trebes, J. Opt. Soc. B 4, 575 (1987).
[CrossRef]

Nilson, D. G.

C. J. Keane, N. M. Ceglio, B. J. MacGowan, D. L. Matthews, D. G. Nilson, J. E. Trebes, and D. A. Whelan, J. Phys. B 22, 3343 (1989).
[CrossRef]

Pleasance, L. D.

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Rambach, G.

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Rosen, M.

D. Matthews, M. Rosen, S. Brown, N. Ceglio, D. Eder, A. Hawryluk, C. Keane, R. London, B. MacGowan, S. Maxon, D. Nilson, J. Scofield, and J. Trebes, J. Opt. Soc. B 4, 575 (1987).
[CrossRef]

Rosen, M. D.

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Scofield, J.

D. Matthews, M. Rosen, S. Brown, N. Ceglio, D. Eder, A. Hawryluk, C. Keane, R. London, B. MacGowan, S. Maxon, D. Nilson, J. Scofield, and J. Trebes, J. Opt. Soc. B 4, 575 (1987).
[CrossRef]

Scofield, J. H.

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Skinner, C. H.

S. Suckewer, C. H. Skinner, H. Milchberg, C. Keane, and D. Voorhees, Phys. Rev. Lett. 55, 1753 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Stone, G.

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Suckewer, S.

S. Suckewer, C. H. Skinner, H. Milchberg, C. Keane, and D. Voorhees, Phys. Rev. Lett. 55, 1753 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Sureau, A.

P. Jaegle, A. Carillon, A. Klisnick, G. Jamelot, J. Gruenou, and A. Sureau, Europhys. Lett. 1, 55 (1986).
[CrossRef]

Trebes, J.

D. Matthews, M. Rosen, S. Brown, N. Ceglio, D. Eder, A. Hawryluk, C. Keane, R. London, B. MacGowan, S. Maxon, D. Nilson, J. Scofield, and J. Trebes, J. Opt. Soc. B 4, 575 (1987).
[CrossRef]

Trebes, J. E.

C. J. Keane, N. M. Ceglio, B. J. MacGowan, D. L. Matthews, D. G. Nilson, J. E. Trebes, and D. A. Whelan, J. Phys. B 22, 3343 (1989).
[CrossRef]

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Voorhees, D.

S. Suckewer, C. H. Skinner, H. Milchberg, C. Keane, and D. Voorhees, Phys. Rev. Lett. 55, 1753 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Weaver, T. A.

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Whelan, D. A.

C. J. Keane, N. M. Ceglio, B. J. MacGowan, D. L. Matthews, D. G. Nilson, J. E. Trebes, and D. A. Whelan, J. Phys. B 22, 3343 (1989).
[CrossRef]

Whitten, B. L.

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Wolf, E.

M. Born and E. Wolf, Principles of Optics (Pergamon, New York, 1980).

Appl. Phys. (1)

J. A. Fleck, J. R. Morris, and M. D. Feit, Appl. Phys. 10, 129 (1976); M. D. Feit, J. A. Fleck, and A. Steiger, J. Comput. Phys. 47, 412 (1983); M. D. Feit and J. A. Fleck, J. Opt. Soc. Am. B 5, 633 (1988).
[CrossRef]

Europhys. Lett. (1)

P. Jaegle, A. Carillon, A. Klisnick, G. Jamelot, J. Gruenou, and A. Sureau, Europhys. Lett. 1, 55 (1986).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

J. A. Fleck, J. Appl. Phys. 37, 188 (1966).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. B (1)

D. Matthews, M. Rosen, S. Brown, N. Ceglio, D. Eder, A. Hawryluk, C. Keane, R. London, B. MacGowan, S. Maxon, D. Nilson, J. Scofield, and J. Trebes, J. Opt. Soc. B 4, 575 (1987).
[CrossRef]

J. Phys. B (1)

C. J. Keane, N. M. Ceglio, B. J. MacGowan, D. L. Matthews, D. G. Nilson, J. E. Trebes, and D. A. Whelan, J. Phys. B 22, 3343 (1989).
[CrossRef]

Phys. Fluids (1)

R. A. London, Phys. Fluids 31, 184 (1988).
[CrossRef]

Phys. Rev. B (1)

J. A. Fleck, Phys. Rev. B 1, 84 (1970).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (2)

D. L. Matthews, P. L. Hagelstein, M. D. Rosen, M. J. Eckart, N. M. Ceglio, A. U. Hazi, H. Medecki, B. J. MacGowan, J. E. Trebes, B. L. Whitten, E. M. Campbell, C. W. Hatcher, A. M. Hawryluk, R. L. Kauffman, L. D. Pleasance, G. Rambach, J. H. Scofield, G. Stone, and T. A. Weaver, Phys. Rev. Lett. 54, 110 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

S. Suckewer, C. H. Skinner, H. Milchberg, C. Keane, and D. Voorhees, Phys. Rev. Lett. 55, 1753 (1985).
[CrossRef] [PubMed]

Other (2)

M. Born and E. Wolf, Principles of Optics (Pergamon, New York, 1980).

R. London, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, California 94550 (personal communication).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (14)

Fig. 1
Fig. 1

Energy-level diagram used in wave-optics model of laser.

Fig. 2
Fig. 2

Quartic small-signal gain profile.

Fig. 3
Fig. 3

Time-dependent power output from one end of laser: (a) with gain saturation, (b) without gain saturation.

Fig. 4
Fig. 4

Saturated gain as a function of axial position, averaged over transverse position. The small-signal gain is assumed to have quartic transverse dependence.

Fig. 5
Fig. 5

Isointensity contours for laser at two round transit times. The conical pattern is due to refraction by the parabolic electron distribution. A depression in the pattern in regions of weakly saturated gain is indicative of a depression in the small-signal gain.

Fig. 6
Fig. 6

Near-field intensity patterns for parabolic gain and electron density profile showing different degrees of gain saturation: (a) 3 cm, (b) 4 cm, (c) 6 cm.

Fig. 7
Fig. 7

Far-field intensity patterns for parabolic gain and electron density profile showing different degrees of gain saturation: (a) 3 cm, (b) 4 cm, (c) 6 cm.

Fig. 8
Fig. 8

Intensity patterns for laser with parabolic small-signal gain and electron density profile, with gain saturation [(a), (b)] and without gain saturation [(c), (d)]: (a) near-field intensity, (b) far-field intensity, (c) near-field intensity, (d) far-field intensity.

Fig. 9
Fig. 9

Degree of coherence as a function of distance from center of laser for parabolic small-signal gain profile and electron density profile, showing effect of gain saturation.

Fig. 10
Fig. 10

Near-field intensity patterns for (a) parabolic electron density and quartic small-signal gain, (b) parabolic electron density and flat small-signal gain, and (c) flat electron density and quartic small-signal gain.

Fig. 11
Fig. 11

Far-field intensity distributions corresponding to Fig. 9: (a) parabolic electron density and quartic small-signal gain, (b) parabolic electron density and flat small-signal gain, (c) flat electron density and quartic small-signal gain.

Fig. 12
Fig. 12

Degree of coherence corresponding to Figs. 9 and 10: (a) parabolic electron density and quartic small-signal gain, (b) parabolic electron density and flat small-signal gain, (c) flat electron density and quartic small-signal gain.

Fig. 13
Fig. 13

Near-field intensity distributions for unsaturated-gain propagation: (a) 3 cm, (b) 6 cm, (c) 32 cm.

Fig. 14
Fig. 14

Far-field intensity distributions for unsaturated-gain propagation: (a) 3 cm, (b) 6 cm, (c) 32 cm.

Equations (74)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

E = E + exp [ i ( ω t k z ) ] + E exp [ i ( ω t + k z ) ] ,
2 i k ( 1 c E + t + E + z ) = 2 E + + i α k E + + k 2 ( n 2 1 ) E + + i k S + ( x , z ) ,
2 i k ( 1 c E t + E z ) = 2 E + i α k E + k 2 ( n 2 1 ) E + i k S ( x , z ) ,
S ± ( x , y , z , t ) = A j = 0 J 1 k = 0 K 1 m = N / 2 + 1 N / 2 n = N / 2 + 1 N / 2 δ ( t j Δ t ) × { u [ z ( k + 1 ) Δ z ] u ( z k Δ z ) } × exp { i [ 2 π ( m x + n y ) / L + ϕ j k m n ] } ,
E + ( x , y , z , t ) = m = N / 2 + 1 N / 2 n = N / 2 + 1 N / 2 E m n + ( z , t ) × exp [ 2 π i ( m x + n y ) / L ] ,
E ( x , y , z , t ) = m = N / 2 + 1 N / 2 n = N / 2 + 1 N / 2 E m n ( z , t ) × exp [ 2 π i ( m x + n y ) / L ] .
exp { i [ 2 π ( m x + n y ) / L + k z ] } .
θ ( 2 π / L k ) ( m 2 + n 2 ) 1 / 2 .
θ max = ( 1 / 2 ) ( λ / Δ x ) .
α = α 0 1 + ( I + + I ) / I sat ,
I + = | E + | 2 , I = | E | 2 .
z + = z , t + = t z / c
z = z , t = t + z / c .
2 i k E + z + = 2 E + + i α k E + + k 2 ( n 2 1 ) E + + i k S + ( x , z ) ,
2 i k E z = 2 E + i α k E + k 2 ( n 2 1 ) E + i k S ( x , z ) .
E + [ ( k + 1 ) Δ z , t + ] = exp ( i Δ z 4 k 2 ) exp { Δ z 2 [ α i k ( n 2 1 ) ] } × exp ( i Δ z 4 k 2 ) E + ( k Δ z , t + ) + A 2 exp [ ( α / 2 ) Δ z ] 1 α / 2 × m = N / 2 + 1 N / 2 n = N / 2 + 1 N / 2 exp { i [ 2 π ( m x + n y ) / L + ϕ j k m n ] } + O ( Δ z 3 ) ,
E + [ ( k + 1 ) Δ z , t + ] = E + [ ( k + 1 ) Δ z , t + Δ z / c ] , E + ( k Δ z , t + ) = E + ( k Δ z , t ) .
α = 1 2 { α [ ( k + 1 ) Δ z , t + Δ z / c ] + α ( k Δ z , t ) } .
α = 1 2 { α [ ( k + 1 ) Δ z , t ] + α ( k Δ z , t ) } .
E [ ( k 1 ) Δ z , t + Δ t ] = exp ( i Δ z 4 k 2 ) exp { Δ z 2 [ α i k ( n 2 1 ) ] } × exp ( i Δ z 4 k 2 ) E ( k Δ z , t ) + A 2 exp [ ( α / 2 ) Δ z ] 1 α / 2 × m = N / 2 + 1 N / 2 n = N / 2 + 1 N / 2 exp { i [ 2 π ( m x + n y ) / L + ϕ j k m n ] } .
d N 2 d t = ( N 2 B 21 N 1 B 12 ) I ν d ν d Ω + ( N 2 0 N 2 ) A 21 d ν d Ω N 2 B 21 I ν d ν d Ω + ( N 2 0 N 2 ) A 21 d ν d Ω .
0 = N 2 B ¯ 12 I ¯ Δ ν L Δ Ω + ( N 2 0 N 2 ) A ¯ 21 Δ ν 0 ( 4 π ) .
N 2 = N 2 0 A ¯ 21 Δ ν 0 ( 4 π ) A ¯ 21 Δ ν 0 4 π + B ¯ 21 I ¯ Δ ν L Δ Ω = N 2 0 1 + B ¯ 21 I Δ ν L Δ Ω / A ¯ 21 Δ ν 0 ( 4 π ) .
I = I ¯ Δ ν L Δ Ω , I sat = 4 π Δ ν 0 ( A ¯ 21 / B ¯ 21 ) ,
N 2 = N 2 0 1 + I / I sat .
α = N 2 B ¯ 21 = N 2 σ ,
α = α 0 1 + I / I sat ,
α 0 = N 2 0 B ¯ 21 = N 2 0 σ
A ¯ 21 / B ¯ 21 = 2 h ν 3 / c 2 .
I sat = ( 8 π h ν 3 / c 2 ) Δ ν 0 = ( 8 π h c / λ 3 ) Δ ν 0 .
I = | E + | 2 + | E | 2 + E + E * exp ( 2 i k z ) + c . c .
Ω · I ν = N 2 B 21 I ν + N 2 A 21 .
d I ¯ + d z Δ Ω Δ ν L = N 2 B ¯ 21 I ¯ + Δ Ω Δ ν L + N 2 A ¯ 21 Δ Ω Δ ν L ,
I + = I ¯ + Δ Ω Δ ν L .
d I + d z = N 2 0 B ¯ 21 1 + I / I sat I + + N 2 0 B ¯ 21 1 + I / I sat A ¯ 21 B ¯ 21 Δ ν L Δ Ω = α 0 1 + I / I sat I + + α 0 1 + I / I sat I sat Δ ν L Δ ν 0 Δ Ω 4 π ,
d I d z = α 0 1 + I / I sat I + α 0 1 + I / I sat I sat Δ ν L Δ ν 0 Δ Ω 4 π .
I = I sat Δ ν L Δ ν 0 ( Δ θ ) 2 4 [ exp ( α 0 z ) 1 ] I sat Δ ν L Δ ν 0 ( Δ θ ) 2 4 exp ( α 0 z ) ,
Δ Ω = 2 π 0 Δ θ sin θ d θ π ( Δ θ ) 2
α 0 z sat = ln Δ ν L Δ ν 0 2 ln Δ θ + ln 4.
Δ ν L / Δ ν 0 = 1 , Δ θ = 10 3 ,
α 0 z sat 15.
2 i k ( E / z ) = i k α E + i k S ,
S ( x , y ) = A m = N / 2 + 1 N / 2 n = N / 2 + 1 N / 2 exp { i [ 2 π ( m x + n y ) / L + ϕ j k m n ] } .
E ( z + Δ z ) = E ( z ) exp [ ( α / 2 ) Δ z ] + S 2 exp [ ( α / 2 ) Δ z ] 1 α / 2 .
| E ( z + Δ z ) | 2 = [ E ( z ) ] 2 exp ( α Δ z ) + S 2 4 { exp [ ( α / 2 ) Δ z ] 1 α / 2 } 2 = [ E ( z ) ] 2 exp ( α Δ z ) + A 2 N 2 4 { exp [ ( α / 2 ) Δ z ] 1 α / 2 } 2 ,
I + ( z + Δ z ) = I + ( z ) exp ( α Δ z ) + I sat Δ ν L Δ ν 0 Δ Ω 4 π [ exp ( α Δ z ) 1 ] .
A 2 N 2 4 { exp [ ( α / 2 ) Δ z ] 1 α / 2 } 2 = I sat Δ ν L Δ ν 0 Δ Ω 4 π × [ exp ( α Δ z ) 1 ] .
A 2 { exp [ ( α / 2 ) Δ z ] 1 α / 2 } = 1 N { I sat Δ ν L Δ ν 0 Δ Ω 4 π [ exp ( α Δ z ) 1 ] } 1 / 2 .
Δ Ω = π λ 2 / 2 ( Δ x 2 ) .
E + [ ( k + 1 ) Δ z , t + Δ t ] = exp ( i Δ z 4 k 2 ) exp { Δ z 2 [ α i k ( n 2 1 ) ] } × exp ( i Δ z 4 k 2 ) E + ( k Δ z , t ) + 1 N { I sat Δ ν L Δ ν 0 Δ Ω 4 π [ exp ( α Δ z ) 1 ] } 1 / 2 × m = N / 2 + 1 N / 2 n = N / 2 + 1 N / 2 exp { i [ 2 π ( m x + n y ) / L + ϕ j k m n ] } ,
E ( x , z ) = ( i k 2 π z ) 1 / 2 E ( x , 0 ) exp [ i k 2 z ( x x ) 2 ] d x .
E ( x , z ) = ( i k 2 π z ) 1 / 2 exp ( i k x 2 2 z ) × E ( x , 0 ) exp ( i k x 2 z ) exp ( i k x x z ) d x .
k a 2 / z π , a 2 / λ z 1.
E ( x , z ) = ( i k 2 π z ) 1 / 2 exp ( i k x 2 2 z ) E ˜ ( k x z , 0 ) ,
E ˜ ( k x , 0 ) = exp ( i k x x ) E ( x , 0 ) d x .
θ = x / z
E ( θ , z ) = ( i k 2 π z ) 1 / 2 exp ( i k z θ 2 2 ) E ˜ ( k θ , 0 ) .
I ( θ ) = B | E ˜ ( k θ , 0 ) | 2 ,
B = k / 2 π z .
E ( x , 0 ) = E ( x 1 ) δ ( x x 1 ) + E ( x 2 ) δ ( x x 2 ) .
E ( θ , t ) = B 1 / 2 [ E ( x 1 , t ) exp ( i k x 1 θ ) + E ( x 2 , t ) exp ( i k x 2 θ ) ] .
| E ( θ , t ) | 2 = B { | E ( x 1 , t ) | 2 + | E ( x 2 , t ) | 2 + E * ( x 1 , t ) E ( x 2 , t ) exp [ i k θ ( x 2 x 1 ) ] + c . c . } .
Γ 12 = E * ( x 1 , t ) E ( x 2 , t ) .
Γ 12 = | Γ 12 | exp ( i α 12 ) , I 1 = | E ( x 1 , t ) | 2 , I 2 = | E ( x 2 , t ) | 2 , | γ 12 | = | Γ 12 | / I 1 I 2 , I ( θ ) = | E ( θ , t ) | 2 ,
I ( θ ) / B = I 1 + I 2 + 2 I 1 I 2 | γ 12 | cos [ α 12 + k θ ( x 2 x 1 ) ] .
V = I max I min I max + I min = 2 I 1 I 2 I 1 + I 2 | γ 12 | .
V = | γ 12 | ;
θ max = ( 1 / 2 ) ( λ / Δ x ) ,
α 0 = 4 + ( 2.732 × 10 2 ) x 2 ( 9.33 × 10 7 ) x 4 .
n e = 5 × 10 20 [ 1 ( x / 200 ) 2 ] ,
n 2 = 1 n e / n cr ,
n cr = m ω 2 / 4 π e 2 .
α 0 = 6.0 [ 1 ( x / 200 ) 2 ] ,
Δ ν L / Δ ν 0 = 1.0 .

Metrics