Abstract

We demonstrate a noncollinear optical parametric chirped-pulse amplification scheme for generating high-peak-power tunable mid-infrared (IR) pulses. The high-gain LiNbO3-based noncollinear parametric amplifier, seeded by a tunable femtosecond optical parametric amplifier, provides a wide wavelength tuning range from 3.3 to 3.95 μm and a large saturated gain of over 4000 in a single-stage amplifier. The compressed mid-IR pulse has a pulse energy of 13.3 mJ and pulse duration of 111 fs, with a peak power as high as 120 GW. To the best of our knowledge, this is the highest peak power ever reported for 3–5 μm tunable mid-IR lasers.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. T. Popmintchev, M. C. Chen, P. Arpin, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nat. Photonics 4, 822 (2010).
    [CrossRef]
  2. T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
    [CrossRef]
  3. A. Dubietis, G. Jonušauskas, and A. Piskarskas, Opt. Commun. 88, 437 (1992).
    [CrossRef]
  4. I. N. Ross, P. Matousek, M. Towrie, A. J. Langley, and J. L. Collier, Opt. Commun. 144, 125 (1997).
    [CrossRef]
  5. D. Herrmann, L. Veisz, R. Tautz, F. Tavella, K. Schmid, V. Pervak, and F. Krausz, Opt. Lett. 34, 2459 (2009).
    [CrossRef]
  6. O. V. Chekhlov, J. L. Collier, I. N. Ross, P. K. Bates, M. Notley, C. Hernandez-Gomez, W. Shaikh, C. N. Danson, D. Neely, P. Matousek, S. Hancock, and L. Cardoso, Opt. Lett. 31, 3665 (2006).
    [CrossRef]
  7. J. V. Rudd, R. J. Law, T. S. Luk, and S. M. Cameron, Opt. Lett. 30, 1974 (2005).
    [CrossRef]
  8. Z. M. Liao, I. Jovanovic, C. A. Ebbers, Y. T. Fei, and B. Chai, Opt. Lett. 31, 1277 (2006).
    [CrossRef]
  9. Y. P. Deng, A. Schwarz, H. Fattahi, M. Ueffing, X. Gu, M. Ossiander, T. Metzger, V. Pervak, H. Ishizuki, T. Taira, T. Kobayashi, G. Marcus, F. Krausz, R. Kienberger, and N. Karpowicz, Opt. Lett. 37, 4973 (2012).
    [CrossRef]
  10. J. Moses, S.-W. Huang, K.-H. Hong, O. D. Mücke, E. L. Falcão-Filho, A. Benedick, F. Ö. Ilday, A. Dergachev, J. A. Bolger, B. J. Eggleton, and F. X. Kärtner, Opt. Lett. 34, 1639 (2009).
    [CrossRef]
  11. O. Chalus, P. K. Bates, M. Smolarski, and J. Biegert, Opt. Express 17, 3587 (2009).
    [CrossRef]
  12. C. Erny, C. Heese, M. Haag, L. Gallmann, and U. Keller, Opt. Express 17, 1340 (2009).
    [CrossRef]
  13. G. Andriukaitis, T. Balčiūnas, S. Ališauskas, A. Pugžlys, A. Baltuška, T. Popmintchev, M. C. Chen, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Opt. Lett. 36, 2755 (2011).
    [CrossRef]
  14. J. Moses, H. Suchowski, and F. X. Kärtner, Opt. Lett. 37, 1589 (2012).
    [CrossRef]
  15. D. Kraemer, M. L. Cowan, R. Z. Hua, K. Franjic, and R. J. D. Miller, J. Opt. Soc. Am. B 24, 813 (2007).
    [CrossRef]
  16. T. Wang, H. Y. Zhu, L. J. Qian, G. Xu, and D. Y. Fan, Opt. Commun. 239, 397 (2004).
    [CrossRef]

2012 (3)

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

J. Moses, H. Suchowski, and F. X. Kärtner, Opt. Lett. 37, 1589 (2012).
[CrossRef]

Y. P. Deng, A. Schwarz, H. Fattahi, M. Ueffing, X. Gu, M. Ossiander, T. Metzger, V. Pervak, H. Ishizuki, T. Taira, T. Kobayashi, G. Marcus, F. Krausz, R. Kienberger, and N. Karpowicz, Opt. Lett. 37, 4973 (2012).
[CrossRef]

2011 (1)

2010 (1)

T. Popmintchev, M. C. Chen, P. Arpin, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nat. Photonics 4, 822 (2010).
[CrossRef]

2009 (4)

2007 (1)

2006 (2)

2005 (1)

2004 (1)

T. Wang, H. Y. Zhu, L. J. Qian, G. Xu, and D. Y. Fan, Opt. Commun. 239, 397 (2004).
[CrossRef]

1997 (1)

I. N. Ross, P. Matousek, M. Towrie, A. J. Langley, and J. L. Collier, Opt. Commun. 144, 125 (1997).
[CrossRef]

1992 (1)

A. Dubietis, G. Jonušauskas, and A. Piskarskas, Opt. Commun. 88, 437 (1992).
[CrossRef]

Ališauskas, S.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

G. Andriukaitis, T. Balčiūnas, S. Ališauskas, A. Pugžlys, A. Baltuška, T. Popmintchev, M. C. Chen, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Opt. Lett. 36, 2755 (2011).
[CrossRef]

Andriukaitis, G.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

G. Andriukaitis, T. Balčiūnas, S. Ališauskas, A. Pugžlys, A. Baltuška, T. Popmintchev, M. C. Chen, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Opt. Lett. 36, 2755 (2011).
[CrossRef]

Arpin, P.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

T. Popmintchev, M. C. Chen, P. Arpin, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nat. Photonics 4, 822 (2010).
[CrossRef]

Balciunas, T.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

G. Andriukaitis, T. Balčiūnas, S. Ališauskas, A. Pugžlys, A. Baltuška, T. Popmintchev, M. C. Chen, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Opt. Lett. 36, 2755 (2011).
[CrossRef]

Baltuška, A.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

G. Andriukaitis, T. Balčiūnas, S. Ališauskas, A. Pugžlys, A. Baltuška, T. Popmintchev, M. C. Chen, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Opt. Lett. 36, 2755 (2011).
[CrossRef]

Bates, P. K.

Becker, A.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

Benedick, A.

Biegert, J.

Bolger, J. A.

Brown, S.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

Cameron, S. M.

Cardoso, L.

Chai, B.

Chalus, O.

Chekhlov, O. V.

Chen, M. C.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

G. Andriukaitis, T. Balčiūnas, S. Ališauskas, A. Pugžlys, A. Baltuška, T. Popmintchev, M. C. Chen, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Opt. Lett. 36, 2755 (2011).
[CrossRef]

T. Popmintchev, M. C. Chen, P. Arpin, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nat. Photonics 4, 822 (2010).
[CrossRef]

Collier, J. L.

Cowan, M. L.

Danson, C. N.

Deng, Y. P.

Dergachev, A.

Dubietis, A.

A. Dubietis, G. Jonušauskas, and A. Piskarskas, Opt. Commun. 88, 437 (1992).
[CrossRef]

Ebbers, C. A.

Eggleton, B. J.

Erny, C.

Falcão-Filho, E. L.

Fan, D. Y.

T. Wang, H. Y. Zhu, L. J. Qian, G. Xu, and D. Y. Fan, Opt. Commun. 239, 397 (2004).
[CrossRef]

Fattahi, H.

Fei, Y. T.

Franjic, K.

Gaeta, A.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

Gallmann, L.

Gu, X.

Haag, M.

Hancock, S.

Heese, C.

Hernández-García, C.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

Hernandez-Gomez, C.

Herrmann, D.

Hong, K.-H.

Hua, R. Z.

Huang, S.-W.

Ilday, F. Ö.

Ishizuki, H.

Jaron-Becker, A.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

Jonušauskas, G.

A. Dubietis, G. Jonušauskas, and A. Piskarskas, Opt. Commun. 88, 437 (1992).
[CrossRef]

Jovanovic, I.

Kapteyn, H. C.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

G. Andriukaitis, T. Balčiūnas, S. Ališauskas, A. Pugžlys, A. Baltuška, T. Popmintchev, M. C. Chen, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Opt. Lett. 36, 2755 (2011).
[CrossRef]

T. Popmintchev, M. C. Chen, P. Arpin, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nat. Photonics 4, 822 (2010).
[CrossRef]

Karpowicz, N.

Kärtner, F. X.

Keller, U.

Kienberger, R.

Kobayashi, T.

Kraemer, D.

Krausz, F.

Langley, A. J.

I. N. Ross, P. Matousek, M. Towrie, A. J. Langley, and J. L. Collier, Opt. Commun. 144, 125 (1997).
[CrossRef]

Law, R. J.

Liao, Z. M.

Luk, T. S.

Marcus, G.

Matousek, P.

Metzger, T.

Miller, R. J. D.

Moses, J.

Mücke, O. D.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

J. Moses, S.-W. Huang, K.-H. Hong, O. D. Mücke, E. L. Falcão-Filho, A. Benedick, F. Ö. Ilday, A. Dergachev, J. A. Bolger, B. J. Eggleton, and F. X. Kärtner, Opt. Lett. 34, 1639 (2009).
[CrossRef]

Murnane, M. M.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

G. Andriukaitis, T. Balčiūnas, S. Ališauskas, A. Pugžlys, A. Baltuška, T. Popmintchev, M. C. Chen, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Opt. Lett. 36, 2755 (2011).
[CrossRef]

T. Popmintchev, M. C. Chen, P. Arpin, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nat. Photonics 4, 822 (2010).
[CrossRef]

Neely, D.

Notley, M.

Ossiander, M.

Pervak, V.

Piskarskas, A.

A. Dubietis, G. Jonušauskas, and A. Piskarskas, Opt. Commun. 88, 437 (1992).
[CrossRef]

Plaja, L.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

Popmintchev, D.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

Popmintchev, T.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

G. Andriukaitis, T. Balčiūnas, S. Ališauskas, A. Pugžlys, A. Baltuška, T. Popmintchev, M. C. Chen, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Opt. Lett. 36, 2755 (2011).
[CrossRef]

T. Popmintchev, M. C. Chen, P. Arpin, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nat. Photonics 4, 822 (2010).
[CrossRef]

Pugzlys, A.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

Pugžlys, A.

Qian, L. J.

T. Wang, H. Y. Zhu, L. J. Qian, G. Xu, and D. Y. Fan, Opt. Commun. 239, 397 (2004).
[CrossRef]

Ross, I. N.

Rudd, J. V.

Schmid, K.

Schrauth, S. E.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

Schwarz, A.

Shaikh, W.

Shim, B.

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[CrossRef]

Smolarski, M.

Suchowski, H.

Taira, T.

Tautz, R.

Tavella, F.

Towrie, M.

I. N. Ross, P. Matousek, M. Towrie, A. J. Langley, and J. L. Collier, Opt. Commun. 144, 125 (1997).
[CrossRef]

Ueffing, M.

Veisz, L.

Wang, T.

T. Wang, H. Y. Zhu, L. J. Qian, G. Xu, and D. Y. Fan, Opt. Commun. 239, 397 (2004).
[CrossRef]

Xu, G.

T. Wang, H. Y. Zhu, L. J. Qian, G. Xu, and D. Y. Fan, Opt. Commun. 239, 397 (2004).
[CrossRef]

Zhu, H. Y.

T. Wang, H. Y. Zhu, L. J. Qian, G. Xu, and D. Y. Fan, Opt. Commun. 239, 397 (2004).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

Nat. Photonics (1)

T. Popmintchev, M. C. Chen, P. Arpin, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nat. Photonics 4, 822 (2010).
[CrossRef]

Opt. Commun. (3)

A. Dubietis, G. Jonušauskas, and A. Piskarskas, Opt. Commun. 88, 437 (1992).
[CrossRef]

I. N. Ross, P. Matousek, M. Towrie, A. J. Langley, and J. L. Collier, Opt. Commun. 144, 125 (1997).
[CrossRef]

T. Wang, H. Y. Zhu, L. J. Qian, G. Xu, and D. Y. Fan, Opt. Commun. 239, 397 (2004).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (8)

Science (1)

T. Popmintchev, M. C. Chen, D. Popmintchev, P. Arpin, S. Brown, S. Ališauskas, G. Andriukaitis, T. Balčiunas, O. D. Mücke, A. Pugzlys, A. Baltuška, B. Shim, S. E. Schrauth, A. Gaeta, C. Hernández-García, L. Plaja, A. Becker, A. Jaron-Becker, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 336, 1287 (2012).
[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.

Layout of the tunable mid-IR OPCPA system. BS, beam splitter; DM, dichroic mirrors for 800 nm and 1 μm; Ge, germanium plate.

Fig. 2.
Fig. 2.

Typical spectra of mid-IR pulses (a)–(c) generated by the femtosecond OPA and (d)–(f) amplified by the OPCPA.

Fig. 3.
Fig. 3.

Measured chirped-pulse energies at different wavelengths. Spectra of pulses at (d) 3275 nm, (e) 3425 nm, and (f) 3940 nm are shown in Figs. 2(d)2(f), respectively. Inset: Pulse-energy display over 5000 shots.

Fig. 4.
Fig. 4.

Measured single-shot cross-correlation trace for mid-IR pulses at 3425 nm.

Metrics