Abstract

The spatial, spectral, and temporal properties of self-focusing 798-nm 100-fs pulses in air are experimentally measured with high-resolution, single-shot techniques at a set propagation distance of 10.91 m. The data, obtained with an initially collimated Gaussian beam, show significant evolution of spatial narrowing as well as temporal and spectral changes at intensities lower than those required for significant ionization of air.

© 2003 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. A. Braun, G. Korn, X. Liu, D. Du, J. Squier, and G. Mourou, Opt. Lett. 20, 73 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. H. R. Lange, G. Grillon, J. F. Ripoche, M. A. Franco, B. Lameuroux, B. S. Prade, A. Mysyrowicz, E. T. J. Nibbering, and A. Chiron, Opt. Lett. 23, 120 (1998).
    [CrossRef]
  3. M. Mlejnek, E. M. Wright, and J. V. Moloney, IEEE J. Quantum Electron. 35, 1771 (1999).
    [CrossRef]
  4. B. La Fontaine, F. Vidal, Z. Jiang, C. Y. Chien, D. Comtois, A. Desparois, T. W. Johnston, J. C. Kieffer, H. Pepin, and H. P. Mercure, Phys. Plasmas 6, 1615 (1999).
    [CrossRef]
  5. A. Couairon, S. Tzortzakis, L. Bergé, M. Franco, B. Prade, and A. Mysyrowicz, J. Opt. Soc. Am. B 19, 1117 (2002).
    [CrossRef]
  6. A. C. Bernstein, T. S. Luk, T. R. Nelson, A. McPherson, J. C. Diels, and S. M. Cameron, Appl. Phys. B 75, 119 (2002).
    [CrossRef]
  7. R. Trebino, K. W. DeLong, D. N. Fittinghoff, J. N. Sweetser, M. A. Krumbugel, B. A. Richman, and D. J. Kane, Rev. Sci. Instrum. 68, 3277 (1997).
    [CrossRef]
  8. E. T. J. Nibbering, P. F. Curley, G. Grillon, B. S. Prade, M. A. Franco, F. Salin, and A. Mysyrowicz, Opt. Lett. 21, 62 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. M. Mlejnek, E. M. Wright, and J. V. Moloney, Opt. Express 4, 223 (1999), http://www.opticsexpress.org.
    [CrossRef] [PubMed]
  10. N. Aközbek, M. Scalora, C. M. Bowden, and S. L. Chin, Opt. Commun. 191, 353 (2001).
    [CrossRef]
  11. N. Aközbek, C. M. Bowden, A. Talebpour, and S. L. Chin, Phys. Rev. E 61, 4540 (2000).
    [CrossRef]
  12. A. L. Gaeta, Phys. Rev. Lett. 84, 3582 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. J.-C. Diels and W. Rudolph, Ultrashort Laser Pulse Phenomena: Fundamentals, Techniques, and Applications on a Femtosecond Time Scale, 1st ed. (Academic, San Diego, Calif., 1996).
  14. J. F. Ripoche, G. Grillon, B. Prade, M. Franco, E. Nibbering, R. Lange, and A. Mysyrowicz, Opt. Commun. 135, 310 (1997).
    [CrossRef]
  15. A. A. Zozulya, S. A. Diddams, A. G. Van Engen, and T. S. Clement, Phys. Rev. Lett. 82, 1430 (1999).
    [CrossRef]
  16. G. Herzberg, Spectra of Diatomic Molecules, 2nd ed. (Van Nostrand, New York, 1950).

2002

A. C. Bernstein, T. S. Luk, T. R. Nelson, A. McPherson, J. C. Diels, and S. M. Cameron, Appl. Phys. B 75, 119 (2002).
[CrossRef]

A. Couairon, S. Tzortzakis, L. Bergé, M. Franco, B. Prade, and A. Mysyrowicz, J. Opt. Soc. Am. B 19, 1117 (2002).
[CrossRef]

2001

N. Aközbek, M. Scalora, C. M. Bowden, and S. L. Chin, Opt. Commun. 191, 353 (2001).
[CrossRef]

2000

N. Aközbek, C. M. Bowden, A. Talebpour, and S. L. Chin, Phys. Rev. E 61, 4540 (2000).
[CrossRef]

A. L. Gaeta, Phys. Rev. Lett. 84, 3582 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

1999

M. Mlejnek, E. M. Wright, and J. V. Moloney, IEEE J. Quantum Electron. 35, 1771 (1999).
[CrossRef]

B. La Fontaine, F. Vidal, Z. Jiang, C. Y. Chien, D. Comtois, A. Desparois, T. W. Johnston, J. C. Kieffer, H. Pepin, and H. P. Mercure, Phys. Plasmas 6, 1615 (1999).
[CrossRef]

M. Mlejnek, E. M. Wright, and J. V. Moloney, Opt. Express 4, 223 (1999), http://www.opticsexpress.org.
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Zozulya, S. A. Diddams, A. G. Van Engen, and T. S. Clement, Phys. Rev. Lett. 82, 1430 (1999).
[CrossRef]

1998

1997

R. Trebino, K. W. DeLong, D. N. Fittinghoff, J. N. Sweetser, M. A. Krumbugel, B. A. Richman, and D. J. Kane, Rev. Sci. Instrum. 68, 3277 (1997).
[CrossRef]

J. F. Ripoche, G. Grillon, B. Prade, M. Franco, E. Nibbering, R. Lange, and A. Mysyrowicz, Opt. Commun. 135, 310 (1997).
[CrossRef]

1996

1995

Aközbek, N.

N. Aközbek, M. Scalora, C. M. Bowden, and S. L. Chin, Opt. Commun. 191, 353 (2001).
[CrossRef]

N. Aközbek, C. M. Bowden, A. Talebpour, and S. L. Chin, Phys. Rev. E 61, 4540 (2000).
[CrossRef]

Bergé, L.

Bernstein, A. C.

A. C. Bernstein, T. S. Luk, T. R. Nelson, A. McPherson, J. C. Diels, and S. M. Cameron, Appl. Phys. B 75, 119 (2002).
[CrossRef]

Bowden, C. M.

N. Aközbek, M. Scalora, C. M. Bowden, and S. L. Chin, Opt. Commun. 191, 353 (2001).
[CrossRef]

N. Aközbek, C. M. Bowden, A. Talebpour, and S. L. Chin, Phys. Rev. E 61, 4540 (2000).
[CrossRef]

Braun, A.

Cameron, S. M.

A. C. Bernstein, T. S. Luk, T. R. Nelson, A. McPherson, J. C. Diels, and S. M. Cameron, Appl. Phys. B 75, 119 (2002).
[CrossRef]

Chien, C. Y.

B. La Fontaine, F. Vidal, Z. Jiang, C. Y. Chien, D. Comtois, A. Desparois, T. W. Johnston, J. C. Kieffer, H. Pepin, and H. P. Mercure, Phys. Plasmas 6, 1615 (1999).
[CrossRef]

Chin, S. L.

N. Aközbek, M. Scalora, C. M. Bowden, and S. L. Chin, Opt. Commun. 191, 353 (2001).
[CrossRef]

N. Aközbek, C. M. Bowden, A. Talebpour, and S. L. Chin, Phys. Rev. E 61, 4540 (2000).
[CrossRef]

Chiron, A.

Clement, T. S.

A. A. Zozulya, S. A. Diddams, A. G. Van Engen, and T. S. Clement, Phys. Rev. Lett. 82, 1430 (1999).
[CrossRef]

Comtois, D.

B. La Fontaine, F. Vidal, Z. Jiang, C. Y. Chien, D. Comtois, A. Desparois, T. W. Johnston, J. C. Kieffer, H. Pepin, and H. P. Mercure, Phys. Plasmas 6, 1615 (1999).
[CrossRef]

Couairon, A.

Curley, P. F.

DeLong, K. W.

R. Trebino, K. W. DeLong, D. N. Fittinghoff, J. N. Sweetser, M. A. Krumbugel, B. A. Richman, and D. J. Kane, Rev. Sci. Instrum. 68, 3277 (1997).
[CrossRef]

Desparois, A.

B. La Fontaine, F. Vidal, Z. Jiang, C. Y. Chien, D. Comtois, A. Desparois, T. W. Johnston, J. C. Kieffer, H. Pepin, and H. P. Mercure, Phys. Plasmas 6, 1615 (1999).
[CrossRef]

Diddams, S. A.

A. A. Zozulya, S. A. Diddams, A. G. Van Engen, and T. S. Clement, Phys. Rev. Lett. 82, 1430 (1999).
[CrossRef]

Diels, J. C.

A. C. Bernstein, T. S. Luk, T. R. Nelson, A. McPherson, J. C. Diels, and S. M. Cameron, Appl. Phys. B 75, 119 (2002).
[CrossRef]

Diels, J.-C.

J.-C. Diels and W. Rudolph, Ultrashort Laser Pulse Phenomena: Fundamentals, Techniques, and Applications on a Femtosecond Time Scale, 1st ed. (Academic, San Diego, Calif., 1996).

Du, D.

Fittinghoff, D. N.

R. Trebino, K. W. DeLong, D. N. Fittinghoff, J. N. Sweetser, M. A. Krumbugel, B. A. Richman, and D. J. Kane, Rev. Sci. Instrum. 68, 3277 (1997).
[CrossRef]

Franco, M.

A. Couairon, S. Tzortzakis, L. Bergé, M. Franco, B. Prade, and A. Mysyrowicz, J. Opt. Soc. Am. B 19, 1117 (2002).
[CrossRef]

J. F. Ripoche, G. Grillon, B. Prade, M. Franco, E. Nibbering, R. Lange, and A. Mysyrowicz, Opt. Commun. 135, 310 (1997).
[CrossRef]

Franco, M. A.

Gaeta, A. L.

A. L. Gaeta, Phys. Rev. Lett. 84, 3582 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Grillon, G.

Herzberg, G.

G. Herzberg, Spectra of Diatomic Molecules, 2nd ed. (Van Nostrand, New York, 1950).

Jiang, Z.

B. La Fontaine, F. Vidal, Z. Jiang, C. Y. Chien, D. Comtois, A. Desparois, T. W. Johnston, J. C. Kieffer, H. Pepin, and H. P. Mercure, Phys. Plasmas 6, 1615 (1999).
[CrossRef]

Johnston, T. W.

B. La Fontaine, F. Vidal, Z. Jiang, C. Y. Chien, D. Comtois, A. Desparois, T. W. Johnston, J. C. Kieffer, H. Pepin, and H. P. Mercure, Phys. Plasmas 6, 1615 (1999).
[CrossRef]

Kane, D. J.

R. Trebino, K. W. DeLong, D. N. Fittinghoff, J. N. Sweetser, M. A. Krumbugel, B. A. Richman, and D. J. Kane, Rev. Sci. Instrum. 68, 3277 (1997).
[CrossRef]

Kieffer, J. C.

B. La Fontaine, F. Vidal, Z. Jiang, C. Y. Chien, D. Comtois, A. Desparois, T. W. Johnston, J. C. Kieffer, H. Pepin, and H. P. Mercure, Phys. Plasmas 6, 1615 (1999).
[CrossRef]

Korn, G.

Krumbugel, M. A.

R. Trebino, K. W. DeLong, D. N. Fittinghoff, J. N. Sweetser, M. A. Krumbugel, B. A. Richman, and D. J. Kane, Rev. Sci. Instrum. 68, 3277 (1997).
[CrossRef]

La Fontaine, B.

B. La Fontaine, F. Vidal, Z. Jiang, C. Y. Chien, D. Comtois, A. Desparois, T. W. Johnston, J. C. Kieffer, H. Pepin, and H. P. Mercure, Phys. Plasmas 6, 1615 (1999).
[CrossRef]

Lameuroux, B.

Lange, H. R.

Lange, R.

J. F. Ripoche, G. Grillon, B. Prade, M. Franco, E. Nibbering, R. Lange, and A. Mysyrowicz, Opt. Commun. 135, 310 (1997).
[CrossRef]

Liu, X.

Luk, T. S.

A. C. Bernstein, T. S. Luk, T. R. Nelson, A. McPherson, J. C. Diels, and S. M. Cameron, Appl. Phys. B 75, 119 (2002).
[CrossRef]

McPherson, A.

A. C. Bernstein, T. S. Luk, T. R. Nelson, A. McPherson, J. C. Diels, and S. M. Cameron, Appl. Phys. B 75, 119 (2002).
[CrossRef]

Mercure, H. P.

B. La Fontaine, F. Vidal, Z. Jiang, C. Y. Chien, D. Comtois, A. Desparois, T. W. Johnston, J. C. Kieffer, H. Pepin, and H. P. Mercure, Phys. Plasmas 6, 1615 (1999).
[CrossRef]

Mlejnek, M.

Moloney, J. V.

Mourou, G.

Mysyrowicz, A.

Nelson, T. R.

A. C. Bernstein, T. S. Luk, T. R. Nelson, A. McPherson, J. C. Diels, and S. M. Cameron, Appl. Phys. B 75, 119 (2002).
[CrossRef]

Nibbering, E.

J. F. Ripoche, G. Grillon, B. Prade, M. Franco, E. Nibbering, R. Lange, and A. Mysyrowicz, Opt. Commun. 135, 310 (1997).
[CrossRef]

Nibbering, E. T. J.

Pepin, H.

B. La Fontaine, F. Vidal, Z. Jiang, C. Y. Chien, D. Comtois, A. Desparois, T. W. Johnston, J. C. Kieffer, H. Pepin, and H. P. Mercure, Phys. Plasmas 6, 1615 (1999).
[CrossRef]

Prade, B.

A. Couairon, S. Tzortzakis, L. Bergé, M. Franco, B. Prade, and A. Mysyrowicz, J. Opt. Soc. Am. B 19, 1117 (2002).
[CrossRef]

J. F. Ripoche, G. Grillon, B. Prade, M. Franco, E. Nibbering, R. Lange, and A. Mysyrowicz, Opt. Commun. 135, 310 (1997).
[CrossRef]

Prade, B. S.

Richman, B. A.

R. Trebino, K. W. DeLong, D. N. Fittinghoff, J. N. Sweetser, M. A. Krumbugel, B. A. Richman, and D. J. Kane, Rev. Sci. Instrum. 68, 3277 (1997).
[CrossRef]

Ripoche, J. F.

H. R. Lange, G. Grillon, J. F. Ripoche, M. A. Franco, B. Lameuroux, B. S. Prade, A. Mysyrowicz, E. T. J. Nibbering, and A. Chiron, Opt. Lett. 23, 120 (1998).
[CrossRef]

J. F. Ripoche, G. Grillon, B. Prade, M. Franco, E. Nibbering, R. Lange, and A. Mysyrowicz, Opt. Commun. 135, 310 (1997).
[CrossRef]

Rudolph, W.

J.-C. Diels and W. Rudolph, Ultrashort Laser Pulse Phenomena: Fundamentals, Techniques, and Applications on a Femtosecond Time Scale, 1st ed. (Academic, San Diego, Calif., 1996).

Salin, F.

Scalora, M.

N. Aközbek, M. Scalora, C. M. Bowden, and S. L. Chin, Opt. Commun. 191, 353 (2001).
[CrossRef]

Squier, J.

Sweetser, J. N.

R. Trebino, K. W. DeLong, D. N. Fittinghoff, J. N. Sweetser, M. A. Krumbugel, B. A. Richman, and D. J. Kane, Rev. Sci. Instrum. 68, 3277 (1997).
[CrossRef]

Talebpour, A.

N. Aközbek, C. M. Bowden, A. Talebpour, and S. L. Chin, Phys. Rev. E 61, 4540 (2000).
[CrossRef]

Trebino, R.

R. Trebino, K. W. DeLong, D. N. Fittinghoff, J. N. Sweetser, M. A. Krumbugel, B. A. Richman, and D. J. Kane, Rev. Sci. Instrum. 68, 3277 (1997).
[CrossRef]

Tzortzakis, S.

Van Engen, A. G.

A. A. Zozulya, S. A. Diddams, A. G. Van Engen, and T. S. Clement, Phys. Rev. Lett. 82, 1430 (1999).
[CrossRef]

Vidal, F.

B. La Fontaine, F. Vidal, Z. Jiang, C. Y. Chien, D. Comtois, A. Desparois, T. W. Johnston, J. C. Kieffer, H. Pepin, and H. P. Mercure, Phys. Plasmas 6, 1615 (1999).
[CrossRef]

Wright, E. M.

Zozulya, A. A.

A. A. Zozulya, S. A. Diddams, A. G. Van Engen, and T. S. Clement, Phys. Rev. Lett. 82, 1430 (1999).
[CrossRef]

Appl. Phys. B

A. C. Bernstein, T. S. Luk, T. R. Nelson, A. McPherson, J. C. Diels, and S. M. Cameron, Appl. Phys. B 75, 119 (2002).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron.

M. Mlejnek, E. M. Wright, and J. V. Moloney, IEEE J. Quantum Electron. 35, 1771 (1999).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B

Opt. Commun.

J. F. Ripoche, G. Grillon, B. Prade, M. Franco, E. Nibbering, R. Lange, and A. Mysyrowicz, Opt. Commun. 135, 310 (1997).
[CrossRef]

N. Aközbek, M. Scalora, C. M. Bowden, and S. L. Chin, Opt. Commun. 191, 353 (2001).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Phys. Plasmas

B. La Fontaine, F. Vidal, Z. Jiang, C. Y. Chien, D. Comtois, A. Desparois, T. W. Johnston, J. C. Kieffer, H. Pepin, and H. P. Mercure, Phys. Plasmas 6, 1615 (1999).
[CrossRef]

Phys. Rev. E

N. Aközbek, C. M. Bowden, A. Talebpour, and S. L. Chin, Phys. Rev. E 61, 4540 (2000).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett.

A. L. Gaeta, Phys. Rev. Lett. 84, 3582 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Zozulya, S. A. Diddams, A. G. Van Engen, and T. S. Clement, Phys. Rev. Lett. 82, 1430 (1999).
[CrossRef]

Rev. Sci. Instrum.

R. Trebino, K. W. DeLong, D. N. Fittinghoff, J. N. Sweetser, M. A. Krumbugel, B. A. Richman, and D. J. Kane, Rev. Sci. Instrum. 68, 3277 (1997).
[CrossRef]

Other

J.-C. Diels and W. Rudolph, Ultrashort Laser Pulse Phenomena: Fundamentals, Techniques, and Applications on a Femtosecond Time Scale, 1st ed. (Academic, San Diego, Calif., 1996).

G. Herzberg, Spectra of Diatomic Molecules, 2nd ed. (Van Nostrand, New York, 1950).

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 (2)

Fig. 1
Fig. 1

Laser beam diameter (gray points with solid black curve, left axis) and pulse width (open circles and filled squares, right axis) versus energy after propagation through 10.91 m of air. The open circles represent data detailed in Fig. 2. The dotted and dashed–dotted lines are an extrapolation to the initial beam diameter to determine Pcr.

Fig. 2
Fig. 2

Evolution of the temporal, spectral, and spatial profiles of the laser pulse as a function of pulse energy. First column, intensity (black, left axis) with corresponding phase (gray, right axis) obtained using FROG. Second column, spectral intensity (black, left axis) with corresponding phase (gray, right axis). Third column, spatial fluence obtained with a CCD camera. The pulse energy for each row is indicated in the first column, as well as the temporal width τp of the pulse. The parameter m is defined in the text, and w is the exp-2 beam radius.

Equations (1)

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

τp=1W-+Itt2dt-1W2-+Ittdt21/2,

Metrics