Abstract

We demonstrate the measurement of single-shot spectra of temporally selected micropulses from a mid-infrared free-electron laser (FEL) by upconversion. We achieve the upconversion of FEL pulses at 11 μm using externally synchronized Nd:YAG or microchip laser pulses at 1064 nm to produce sum-frequency mixing signals at 970 nm, which are detected by a compact CCD spectrometer without an intensifier. Our experimental system is very cost-effective, and allows us to obtain the laser spectra of selected micropulses at any temporal position within a single macropulse from an oscillator-type FEL.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. D. A. Deacon, L. R. Elias, J. M. Madey, G. J. Ramian, H. A. Schwettman, and T. I. Smith, Phys. Rev. Lett. 38, 892(1977).
    [CrossRef]
  2. P. G. O’Shea and H. P. Freund, Science 292, 1853 (2001).
    [CrossRef]
  3. D. Zimdars, A. Tokmakoff, S. Chen, S. R. Greenfield, M. D. Fayer, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Phys. Rev. Lett. 70, 2718 (1993).
    [CrossRef]
  4. J. Shah, IEEE J. Quantum Electron. 24, 276 (1988).
    [CrossRef]
  5. E. J. Heilweil, Opt. Lett. 14, 551 (1989).
    [CrossRef]
  6. K. J. Kubarych, M. Joffre, A. Moore, N. Belabas, and D. M. Jonas, Opt. Lett. 30, 1228 (2005).
    [CrossRef]
  7. M. DeCamp and A. Tokmakoff, Opt. Lett. 30, 1818 (2005).
    [CrossRef]
  8. C. Baiz and K. Kubarych, Opt. Lett. 36, 187 (2011).
    [CrossRef]
  9. J. Zhu, T. Mathes, A. D. Stahl, J. T. M. Kennis, and M. L. Groot, Opt. Express 20, 10562 (2012).
    [CrossRef]
  10. F. J. P. Wijnen, G. Berden, and R. T. Jongma, Opt. Express 18, 26517 (2010).
    [CrossRef]
  11. H. Ohgaki, T. Kii, K. Masuda, H. Zen, S. Sasaki, T. Shiiyama, R. Kinjo, K. Yoshikawa, and T. Yamazaki, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 8091 (2008).
    [CrossRef]

2012

2011

2010

2008

H. Ohgaki, T. Kii, K. Masuda, H. Zen, S. Sasaki, T. Shiiyama, R. Kinjo, K. Yoshikawa, and T. Yamazaki, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 8091 (2008).
[CrossRef]

2005

2001

P. G. O’Shea and H. P. Freund, Science 292, 1853 (2001).
[CrossRef]

1993

D. Zimdars, A. Tokmakoff, S. Chen, S. R. Greenfield, M. D. Fayer, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Phys. Rev. Lett. 70, 2718 (1993).
[CrossRef]

1989

1988

J. Shah, IEEE J. Quantum Electron. 24, 276 (1988).
[CrossRef]

1977

D. A. Deacon, L. R. Elias, J. M. Madey, G. J. Ramian, H. A. Schwettman, and T. I. Smith, Phys. Rev. Lett. 38, 892(1977).
[CrossRef]

Baiz, C.

Belabas, N.

Berden, G.

Chen, S.

D. Zimdars, A. Tokmakoff, S. Chen, S. R. Greenfield, M. D. Fayer, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Phys. Rev. Lett. 70, 2718 (1993).
[CrossRef]

Deacon, D. A.

D. A. Deacon, L. R. Elias, J. M. Madey, G. J. Ramian, H. A. Schwettman, and T. I. Smith, Phys. Rev. Lett. 38, 892(1977).
[CrossRef]

DeCamp, M.

Elias, L. R.

D. A. Deacon, L. R. Elias, J. M. Madey, G. J. Ramian, H. A. Schwettman, and T. I. Smith, Phys. Rev. Lett. 38, 892(1977).
[CrossRef]

Fayer, M. D.

D. Zimdars, A. Tokmakoff, S. Chen, S. R. Greenfield, M. D. Fayer, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Phys. Rev. Lett. 70, 2718 (1993).
[CrossRef]

Freund, H. P.

P. G. O’Shea and H. P. Freund, Science 292, 1853 (2001).
[CrossRef]

Greenfield, S. R.

D. Zimdars, A. Tokmakoff, S. Chen, S. R. Greenfield, M. D. Fayer, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Phys. Rev. Lett. 70, 2718 (1993).
[CrossRef]

Groot, M. L.

Heilweil, E. J.

Joffre, M.

Jonas, D. M.

Jongma, R. T.

Kennis, J. T. M.

Kii, T.

H. Ohgaki, T. Kii, K. Masuda, H. Zen, S. Sasaki, T. Shiiyama, R. Kinjo, K. Yoshikawa, and T. Yamazaki, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 8091 (2008).
[CrossRef]

Kinjo, R.

H. Ohgaki, T. Kii, K. Masuda, H. Zen, S. Sasaki, T. Shiiyama, R. Kinjo, K. Yoshikawa, and T. Yamazaki, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 8091 (2008).
[CrossRef]

Kubarych, K.

Kubarych, K. J.

Madey, J. M.

D. A. Deacon, L. R. Elias, J. M. Madey, G. J. Ramian, H. A. Schwettman, and T. I. Smith, Phys. Rev. Lett. 38, 892(1977).
[CrossRef]

Masuda, K.

H. Ohgaki, T. Kii, K. Masuda, H. Zen, S. Sasaki, T. Shiiyama, R. Kinjo, K. Yoshikawa, and T. Yamazaki, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 8091 (2008).
[CrossRef]

Mathes, T.

Moore, A.

O’Shea, P. G.

P. G. O’Shea and H. P. Freund, Science 292, 1853 (2001).
[CrossRef]

Ohgaki, H.

H. Ohgaki, T. Kii, K. Masuda, H. Zen, S. Sasaki, T. Shiiyama, R. Kinjo, K. Yoshikawa, and T. Yamazaki, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 8091 (2008).
[CrossRef]

Ramian, G. J.

D. A. Deacon, L. R. Elias, J. M. Madey, G. J. Ramian, H. A. Schwettman, and T. I. Smith, Phys. Rev. Lett. 38, 892(1977).
[CrossRef]

Sasaki, S.

H. Ohgaki, T. Kii, K. Masuda, H. Zen, S. Sasaki, T. Shiiyama, R. Kinjo, K. Yoshikawa, and T. Yamazaki, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 8091 (2008).
[CrossRef]

Schwettman, H. A.

D. Zimdars, A. Tokmakoff, S. Chen, S. R. Greenfield, M. D. Fayer, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Phys. Rev. Lett. 70, 2718 (1993).
[CrossRef]

D. A. Deacon, L. R. Elias, J. M. Madey, G. J. Ramian, H. A. Schwettman, and T. I. Smith, Phys. Rev. Lett. 38, 892(1977).
[CrossRef]

Shah, J.

J. Shah, IEEE J. Quantum Electron. 24, 276 (1988).
[CrossRef]

Shiiyama, T.

H. Ohgaki, T. Kii, K. Masuda, H. Zen, S. Sasaki, T. Shiiyama, R. Kinjo, K. Yoshikawa, and T. Yamazaki, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 8091 (2008).
[CrossRef]

Smith, T. I.

D. Zimdars, A. Tokmakoff, S. Chen, S. R. Greenfield, M. D. Fayer, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Phys. Rev. Lett. 70, 2718 (1993).
[CrossRef]

D. A. Deacon, L. R. Elias, J. M. Madey, G. J. Ramian, H. A. Schwettman, and T. I. Smith, Phys. Rev. Lett. 38, 892(1977).
[CrossRef]

Stahl, A. D.

Tokmakoff, A.

M. DeCamp and A. Tokmakoff, Opt. Lett. 30, 1818 (2005).
[CrossRef]

D. Zimdars, A. Tokmakoff, S. Chen, S. R. Greenfield, M. D. Fayer, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Phys. Rev. Lett. 70, 2718 (1993).
[CrossRef]

Wijnen, F. J. P.

Yamazaki, T.

H. Ohgaki, T. Kii, K. Masuda, H. Zen, S. Sasaki, T. Shiiyama, R. Kinjo, K. Yoshikawa, and T. Yamazaki, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 8091 (2008).
[CrossRef]

Yoshikawa, K.

H. Ohgaki, T. Kii, K. Masuda, H. Zen, S. Sasaki, T. Shiiyama, R. Kinjo, K. Yoshikawa, and T. Yamazaki, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 8091 (2008).
[CrossRef]

Zen, H.

H. Ohgaki, T. Kii, K. Masuda, H. Zen, S. Sasaki, T. Shiiyama, R. Kinjo, K. Yoshikawa, and T. Yamazaki, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 8091 (2008).
[CrossRef]

Zhu, J.

Zimdars, D.

D. Zimdars, A. Tokmakoff, S. Chen, S. R. Greenfield, M. D. Fayer, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Phys. Rev. Lett. 70, 2718 (1993).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron.

J. Shah, IEEE J. Quantum Electron. 24, 276 (1988).
[CrossRef]

Jpn. J. Appl. Phys.

H. Ohgaki, T. Kii, K. Masuda, H. Zen, S. Sasaki, T. Shiiyama, R. Kinjo, K. Yoshikawa, and T. Yamazaki, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 8091 (2008).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Phys. Rev. Lett.

D. A. Deacon, L. R. Elias, J. M. Madey, G. J. Ramian, H. A. Schwettman, and T. I. Smith, Phys. Rev. Lett. 38, 892(1977).
[CrossRef]

D. Zimdars, A. Tokmakoff, S. Chen, S. R. Greenfield, M. D. Fayer, T. I. Smith, and H. A. Schwettman, Phys. Rev. Lett. 70, 2718 (1993).
[CrossRef]

Science

P. G. O’Shea and H. P. Freund, Science 292, 1853 (2001).
[CrossRef]

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 (4)

Fig. 1.
Fig. 1.

Experimental setup.

Fig. 2.
Fig. 2.

Correlation between the intensity of SFM signals and FEL macropulse energy. Small black dots, Raw data; Gray columns, Frequency of events; Red circles and error bars, Averaged SFM signal intensity and error bars.

Fig. 3.
Fig. 3.

Retrieval of the spectra of FEL micropulses by upconversion. (a) Raw spectra of SFM signals. Three examples, normalized by their peak values, are shown. The inset shows the corresponding macropulse shapes. where the narrow pulse appearing at 3.5 μs is the 1064 nm pulse. (b) Spectrum of the microchip laser. (c) Deconvolved spectra of SFM signals from raw spectra in (a). (d) Retrieved MIR spectra of the temporally selected FEL micropulses and the MIR FEL spectrum (thick green curve) taken by the scanning-type monochromator (height not in scale).

Fig. 4.
Fig. 4.

Raw spectrum of the SFM signal with the microchip laser.

Metrics