Abstract

We report on the first generation of high-contrast, 164 fs duration pulses from the laser system POLARIS reaching focused peak intensities in excess of 2×1020W/cm2. To our knowledge, this is the highest peak intensity reported so far that has been achieved with a diode-pumped, solid-state laser. Several passive contrast enhancement techniques have been specially developed and implemented, achieving a relative prepulse intensity smaller than 108 at t=30ps before the main pulse. Furthermore a closed-loop adaptive-optics system has been installed. Together with angular chirp compensation, this method has led to a significant reduction of the focal spot size and an increase of the peak intensity.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. Siebold, J. Hein, M. Hornung, S. Podleska, M. C. Kaluza, S. Bock, and R. Sauerbrey, Appl. Phys. B 90, 431 (2008).
    [CrossRef]
  2. Z. Wang, C. Liu, Z. Shen, Q. Zhang, H. Teng, and Z. Wei, Opt. Lett. 36, 3194 (2011).
    [CrossRef]
  3. E. W. Gaul, M. Martinez, J. Blakeney, A. Jochmann, M. Ringuette, D. Hammond, T. Borger, R. Escamilla, S. Douglas, W. Henderson, G. Dyer, A. Erlandson, R. Cross, J. Caird, C. Ebbers, and T. Ditmire, Appl. Opt. 49, 1676 (2010).
    [CrossRef]
  4. S. V. Bulanov, T. Zh. Esikepov, V. S. Khoroshkovc, A. V. Kuznetsovb, and F. Pegorarod, Phys. Lett. A 299, 240 (2002).
    [CrossRef]
  5. M. Hornung, R. Bödefeld, M. Siebold, A. Kessler, M. Schnepp, R. Wachs, A. Sävert, S. Podleska, S. Keppler, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 101, 93 (2010).
    [CrossRef]
  6. J. Hein, S. Podleska, M. Siebold, M. Hellwing, R. Bödefeld, R. Sauerbrey, D. Ehrt, and W. Wintzer, Appl. Phys. B 79, 419 (2004).
    [CrossRef]
  7. S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. MacKinnon, and R. A. Snavely, Phys. Plasma 8, 542 (2001).
    [CrossRef]
  8. D. Strickland and G. Mourou, Opt. Commun. 55, 447 (1985).
    [CrossRef]
  9. S. Keppler, R. Bödefeld, M. Hornung, A. Sävert, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 104, 11 (2011).
    [CrossRef]
  10. S. Keppler, M. Hornung, R. Bödefeld, M. Kahle, J. Hein, and M. C. Kaluza, Opt. Express 20, 20742 (2012).
    [CrossRef]

2012 (1)

2011 (2)

Z. Wang, C. Liu, Z. Shen, Q. Zhang, H. Teng, and Z. Wei, Opt. Lett. 36, 3194 (2011).
[CrossRef]

S. Keppler, R. Bödefeld, M. Hornung, A. Sävert, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 104, 11 (2011).
[CrossRef]

2010 (2)

E. W. Gaul, M. Martinez, J. Blakeney, A. Jochmann, M. Ringuette, D. Hammond, T. Borger, R. Escamilla, S. Douglas, W. Henderson, G. Dyer, A. Erlandson, R. Cross, J. Caird, C. Ebbers, and T. Ditmire, Appl. Opt. 49, 1676 (2010).
[CrossRef]

M. Hornung, R. Bödefeld, M. Siebold, A. Kessler, M. Schnepp, R. Wachs, A. Sävert, S. Podleska, S. Keppler, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 101, 93 (2010).
[CrossRef]

2008 (1)

M. Siebold, J. Hein, M. Hornung, S. Podleska, M. C. Kaluza, S. Bock, and R. Sauerbrey, Appl. Phys. B 90, 431 (2008).
[CrossRef]

2004 (1)

J. Hein, S. Podleska, M. Siebold, M. Hellwing, R. Bödefeld, R. Sauerbrey, D. Ehrt, and W. Wintzer, Appl. Phys. B 79, 419 (2004).
[CrossRef]

2002 (1)

S. V. Bulanov, T. Zh. Esikepov, V. S. Khoroshkovc, A. V. Kuznetsovb, and F. Pegorarod, Phys. Lett. A 299, 240 (2002).
[CrossRef]

2001 (1)

S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. MacKinnon, and R. A. Snavely, Phys. Plasma 8, 542 (2001).
[CrossRef]

1985 (1)

D. Strickland and G. Mourou, Opt. Commun. 55, 447 (1985).
[CrossRef]

Blakeney, J.

Bock, S.

M. Siebold, J. Hein, M. Hornung, S. Podleska, M. C. Kaluza, S. Bock, and R. Sauerbrey, Appl. Phys. B 90, 431 (2008).
[CrossRef]

Bödefeld, R.

S. Keppler, M. Hornung, R. Bödefeld, M. Kahle, J. Hein, and M. C. Kaluza, Opt. Express 20, 20742 (2012).
[CrossRef]

S. Keppler, R. Bödefeld, M. Hornung, A. Sävert, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 104, 11 (2011).
[CrossRef]

M. Hornung, R. Bödefeld, M. Siebold, A. Kessler, M. Schnepp, R. Wachs, A. Sävert, S. Podleska, S. Keppler, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 101, 93 (2010).
[CrossRef]

J. Hein, S. Podleska, M. Siebold, M. Hellwing, R. Bödefeld, R. Sauerbrey, D. Ehrt, and W. Wintzer, Appl. Phys. B 79, 419 (2004).
[CrossRef]

Borger, T.

Bulanov, S. V.

S. V. Bulanov, T. Zh. Esikepov, V. S. Khoroshkovc, A. V. Kuznetsovb, and F. Pegorarod, Phys. Lett. A 299, 240 (2002).
[CrossRef]

Caird, J.

Cowan, T. E.

S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. MacKinnon, and R. A. Snavely, Phys. Plasma 8, 542 (2001).
[CrossRef]

Cross, R.

Ditmire, T.

Douglas, S.

Dyer, G.

Ebbers, C.

Ehrt, D.

J. Hein, S. Podleska, M. Siebold, M. Hellwing, R. Bödefeld, R. Sauerbrey, D. Ehrt, and W. Wintzer, Appl. Phys. B 79, 419 (2004).
[CrossRef]

Erlandson, A.

Escamilla, R.

Esikepov, T. Zh.

S. V. Bulanov, T. Zh. Esikepov, V. S. Khoroshkovc, A. V. Kuznetsovb, and F. Pegorarod, Phys. Lett. A 299, 240 (2002).
[CrossRef]

Gaul, E. W.

Hammond, D.

Hatchett, S.

S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. MacKinnon, and R. A. Snavely, Phys. Plasma 8, 542 (2001).
[CrossRef]

Hein, J.

S. Keppler, M. Hornung, R. Bödefeld, M. Kahle, J. Hein, and M. C. Kaluza, Opt. Express 20, 20742 (2012).
[CrossRef]

S. Keppler, R. Bödefeld, M. Hornung, A. Sävert, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 104, 11 (2011).
[CrossRef]

M. Hornung, R. Bödefeld, M. Siebold, A. Kessler, M. Schnepp, R. Wachs, A. Sävert, S. Podleska, S. Keppler, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 101, 93 (2010).
[CrossRef]

M. Siebold, J. Hein, M. Hornung, S. Podleska, M. C. Kaluza, S. Bock, and R. Sauerbrey, Appl. Phys. B 90, 431 (2008).
[CrossRef]

J. Hein, S. Podleska, M. Siebold, M. Hellwing, R. Bödefeld, R. Sauerbrey, D. Ehrt, and W. Wintzer, Appl. Phys. B 79, 419 (2004).
[CrossRef]

Hellwing, M.

J. Hein, S. Podleska, M. Siebold, M. Hellwing, R. Bödefeld, R. Sauerbrey, D. Ehrt, and W. Wintzer, Appl. Phys. B 79, 419 (2004).
[CrossRef]

Henderson, W.

Hornung, M.

S. Keppler, M. Hornung, R. Bödefeld, M. Kahle, J. Hein, and M. C. Kaluza, Opt. Express 20, 20742 (2012).
[CrossRef]

S. Keppler, R. Bödefeld, M. Hornung, A. Sävert, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 104, 11 (2011).
[CrossRef]

M. Hornung, R. Bödefeld, M. Siebold, A. Kessler, M. Schnepp, R. Wachs, A. Sävert, S. Podleska, S. Keppler, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 101, 93 (2010).
[CrossRef]

M. Siebold, J. Hein, M. Hornung, S. Podleska, M. C. Kaluza, S. Bock, and R. Sauerbrey, Appl. Phys. B 90, 431 (2008).
[CrossRef]

Jochmann, A.

Kahle, M.

Kaluza, M. C.

S. Keppler, M. Hornung, R. Bödefeld, M. Kahle, J. Hein, and M. C. Kaluza, Opt. Express 20, 20742 (2012).
[CrossRef]

S. Keppler, R. Bödefeld, M. Hornung, A. Sävert, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 104, 11 (2011).
[CrossRef]

M. Hornung, R. Bödefeld, M. Siebold, A. Kessler, M. Schnepp, R. Wachs, A. Sävert, S. Podleska, S. Keppler, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 101, 93 (2010).
[CrossRef]

M. Siebold, J. Hein, M. Hornung, S. Podleska, M. C. Kaluza, S. Bock, and R. Sauerbrey, Appl. Phys. B 90, 431 (2008).
[CrossRef]

Keppler, S.

S. Keppler, M. Hornung, R. Bödefeld, M. Kahle, J. Hein, and M. C. Kaluza, Opt. Express 20, 20742 (2012).
[CrossRef]

S. Keppler, R. Bödefeld, M. Hornung, A. Sävert, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 104, 11 (2011).
[CrossRef]

M. Hornung, R. Bödefeld, M. Siebold, A. Kessler, M. Schnepp, R. Wachs, A. Sävert, S. Podleska, S. Keppler, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 101, 93 (2010).
[CrossRef]

Kessler, A.

M. Hornung, R. Bödefeld, M. Siebold, A. Kessler, M. Schnepp, R. Wachs, A. Sävert, S. Podleska, S. Keppler, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 101, 93 (2010).
[CrossRef]

Key, M. H.

S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. MacKinnon, and R. A. Snavely, Phys. Plasma 8, 542 (2001).
[CrossRef]

Khoroshkovc, V. S.

S. V. Bulanov, T. Zh. Esikepov, V. S. Khoroshkovc, A. V. Kuznetsovb, and F. Pegorarod, Phys. Lett. A 299, 240 (2002).
[CrossRef]

Kuznetsovb, A. V.

S. V. Bulanov, T. Zh. Esikepov, V. S. Khoroshkovc, A. V. Kuznetsovb, and F. Pegorarod, Phys. Lett. A 299, 240 (2002).
[CrossRef]

Langdon, A. B.

S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. MacKinnon, and R. A. Snavely, Phys. Plasma 8, 542 (2001).
[CrossRef]

Liu, C.

MacKinnon, A.

S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. MacKinnon, and R. A. Snavely, Phys. Plasma 8, 542 (2001).
[CrossRef]

Martinez, M.

Mourou, G.

D. Strickland and G. Mourou, Opt. Commun. 55, 447 (1985).
[CrossRef]

Pegorarod, F.

S. V. Bulanov, T. Zh. Esikepov, V. S. Khoroshkovc, A. V. Kuznetsovb, and F. Pegorarod, Phys. Lett. A 299, 240 (2002).
[CrossRef]

Pennington, D.

S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. MacKinnon, and R. A. Snavely, Phys. Plasma 8, 542 (2001).
[CrossRef]

Podleska, S.

M. Hornung, R. Bödefeld, M. Siebold, A. Kessler, M. Schnepp, R. Wachs, A. Sävert, S. Podleska, S. Keppler, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 101, 93 (2010).
[CrossRef]

M. Siebold, J. Hein, M. Hornung, S. Podleska, M. C. Kaluza, S. Bock, and R. Sauerbrey, Appl. Phys. B 90, 431 (2008).
[CrossRef]

J. Hein, S. Podleska, M. Siebold, M. Hellwing, R. Bödefeld, R. Sauerbrey, D. Ehrt, and W. Wintzer, Appl. Phys. B 79, 419 (2004).
[CrossRef]

Ringuette, M.

Roth, M.

S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. MacKinnon, and R. A. Snavely, Phys. Plasma 8, 542 (2001).
[CrossRef]

Sauerbrey, R.

M. Siebold, J. Hein, M. Hornung, S. Podleska, M. C. Kaluza, S. Bock, and R. Sauerbrey, Appl. Phys. B 90, 431 (2008).
[CrossRef]

J. Hein, S. Podleska, M. Siebold, M. Hellwing, R. Bödefeld, R. Sauerbrey, D. Ehrt, and W. Wintzer, Appl. Phys. B 79, 419 (2004).
[CrossRef]

Sävert, A.

S. Keppler, R. Bödefeld, M. Hornung, A. Sävert, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 104, 11 (2011).
[CrossRef]

M. Hornung, R. Bödefeld, M. Siebold, A. Kessler, M. Schnepp, R. Wachs, A. Sävert, S. Podleska, S. Keppler, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 101, 93 (2010).
[CrossRef]

Schnepp, M.

M. Hornung, R. Bödefeld, M. Siebold, A. Kessler, M. Schnepp, R. Wachs, A. Sävert, S. Podleska, S. Keppler, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 101, 93 (2010).
[CrossRef]

Shen, Z.

Siebold, M.

M. Hornung, R. Bödefeld, M. Siebold, A. Kessler, M. Schnepp, R. Wachs, A. Sävert, S. Podleska, S. Keppler, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 101, 93 (2010).
[CrossRef]

M. Siebold, J. Hein, M. Hornung, S. Podleska, M. C. Kaluza, S. Bock, and R. Sauerbrey, Appl. Phys. B 90, 431 (2008).
[CrossRef]

J. Hein, S. Podleska, M. Siebold, M. Hellwing, R. Bödefeld, R. Sauerbrey, D. Ehrt, and W. Wintzer, Appl. Phys. B 79, 419 (2004).
[CrossRef]

Singh, M.

S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. MacKinnon, and R. A. Snavely, Phys. Plasma 8, 542 (2001).
[CrossRef]

Snavely, R. A.

S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. MacKinnon, and R. A. Snavely, Phys. Plasma 8, 542 (2001).
[CrossRef]

Strickland, D.

D. Strickland and G. Mourou, Opt. Commun. 55, 447 (1985).
[CrossRef]

Teng, H.

Wachs, R.

M. Hornung, R. Bödefeld, M. Siebold, A. Kessler, M. Schnepp, R. Wachs, A. Sävert, S. Podleska, S. Keppler, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 101, 93 (2010).
[CrossRef]

Wang, Z.

Wei, Z.

Wilks, S. C.

S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. MacKinnon, and R. A. Snavely, Phys. Plasma 8, 542 (2001).
[CrossRef]

Wintzer, W.

J. Hein, S. Podleska, M. Siebold, M. Hellwing, R. Bödefeld, R. Sauerbrey, D. Ehrt, and W. Wintzer, Appl. Phys. B 79, 419 (2004).
[CrossRef]

Zhang, Q.

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. B (4)

S. Keppler, R. Bödefeld, M. Hornung, A. Sävert, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 104, 11 (2011).
[CrossRef]

M. Siebold, J. Hein, M. Hornung, S. Podleska, M. C. Kaluza, S. Bock, and R. Sauerbrey, Appl. Phys. B 90, 431 (2008).
[CrossRef]

M. Hornung, R. Bödefeld, M. Siebold, A. Kessler, M. Schnepp, R. Wachs, A. Sävert, S. Podleska, S. Keppler, J. Hein, and M. C. Kaluza, Appl. Phys. B 101, 93 (2010).
[CrossRef]

J. Hein, S. Podleska, M. Siebold, M. Hellwing, R. Bödefeld, R. Sauerbrey, D. Ehrt, and W. Wintzer, Appl. Phys. B 79, 419 (2004).
[CrossRef]

Opt. Commun. (1)

D. Strickland and G. Mourou, Opt. Commun. 55, 447 (1985).
[CrossRef]

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (1)

Phys. Lett. A (1)

S. V. Bulanov, T. Zh. Esikepov, V. S. Khoroshkovc, A. V. Kuznetsovb, and F. Pegorarod, Phys. Lett. A 299, 240 (2002).
[CrossRef]

Phys. Plasma (1)

S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. MacKinnon, and R. A. Snavely, Phys. Plasma 8, 542 (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 (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

Schematic overview of POLARIS. An oscillator and a first amplifier are followed by a grating stretcher, four nanosecond-amplifiers, and a grating compressor. The pulses are finally focused by a parabolic mirror onto a target.

Fig. 2.
Fig. 2.

Measurements of the TIC. (a) Measurement of the TIC on a nanosecond timescale with the 1 Hz repetition rate second amplification stage A2. (b) TIC measurement before (red curve) and after (black curve) the modification of the front end amplifiers. (c) TIC measurement in a picosecond timescale of the A2 (solid curve) compared to the A4 (blue circles) with an output energy of 5 J. The detection limit in (a)–(c) is 1010.

Fig. 3.
Fig. 3.

Measured spatial and temporal properties of the full amplified laser pulses. (a) Near-field intensity distribution measured in front of the focusing parabola. (b), (d) Transverse far-field profile of the focused laser pulses (d) with and (b) without adaptive optics. (c) Second-order autocorrelation measurement with 1D focused laser pulses. The inset displays the measured sum-frequency signal, where the laser pulse is focused into a beta barium borate crystal.

Metrics