Abstract

Tilted femtosecond laser pulses, having an intensity front with an angle to the propagation direction, can be generated by a dispersive element and a lens or mirror for imaging. Here we show that conventional geometries, for example with a grating at Littrow’s condition, produce significant temporal distortions over the beam profile. The aberrations are the result of a mismatch between the grating’s surface and the object plane of the imaging system. This changes the chirp of the pulses over the beam profile and lengthens the pulses to picoseconds for millimeter-sized beams. The distortions can be avoided by choosing a geometry in which the propagation direction of the tilted pulses is perpendicular to the grating’s surface.

© 2012 Optical Society of America

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Figures (2)

Fig. 1.
Fig. 1.

Arrangement for measuring the shape of tilted femtosecond pulses at 800 nm. (a) Experimental setup of a cross-correlation between a tilted and a non-tilted pulse, where BS is a 50% beam splitter, CL represents cylindrical lenses, and BBO is a nonlinear crystal. (b) Pictures at 400 nm at the camera. Three contributions are produced: second harmonic of the reference beam (upper), second harmonic of the tilted beam (lower), and the cross-correlation signal for different delays (middle).

Fig. 2.
Fig. 2.

Temporal distortions in tilted pulses for two different geometries of the grating. (a) Conventional arrangement with a Littrow grating. (b) Resulting pulse front tilt (upper panel, blue) and pulse duration (lower panel, blue) in dependence of the position within the beam. The red line is a calculation (see text). (c) Geometry to avoid aberrations, based on a perpendicular exit of the diffracted beam. (d) Resulting pulse front tilt (upper panel, blue) and pulse duration (lower panel, blue). The red line is a calculation.

Equations (2)

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γarctan(Mθoutλ|λ0λ0),
τ(Δz)τ01+(2ln2)2Δz2ψ4λ06π2c4τ04.

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