Abstract

We present a 50 μm Nd3+:YVO4 microchip laser that is passively Q-switched by a semiconductor saturable absorber mirror. To reduce handling problems caused by the small crystal dimensions, the 50 μm Nd3+:YVO4 crystal is optically bonded to an undoped YVO4 crystal of a length of about 500 μm. By using a saturable absorber mirror with an effective modulation depth of >10% the system is able to deliver 16 ps pulses at a repetition rate of up to 1.0 MHz. The average laser power is 16 mW at 1064 nm. To our knowledge these are the shortest Q-switched pulses ever reported from a solid-state laser. The limits in terms of pulse width, repetition rate, output power, and system stability are discussed. Additionally, continuous-wave behavior is analyzed. Experimental data is compared with the simulation results of the coupled rate equations.

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Figures (6)

Fig. 1.
Fig. 1.

Experimental setup: passively Q-switched microchip laser pumped by a 808 nm LD with a DBS for separation of pump and laser radiation.

Fig. 2.
Fig. 2.

Continuous-wave operation of the microchip laser: laser power as a function of incident pump power.

Fig. 3.
Fig. 3.

Pulsed laser operation of the microchip laser for the SESAMs with (a) 5% and (b) >10% modulation depth: average laser power (triangles), repetition rate (squares), and pulse duration (circles) as a function of incident pump power.

Fig. 4.
Fig. 4.

Autocorrelation trace of a single pulse for the SESAM with >10% modulation depth.

Fig. 5.
Fig. 5.

Repetition rate (squares) and pulse duration (circles) as a function of the pump parameter (ratio of pump power to threshold power) for a SESAM with 5% modulation depth: comparison of measurement (dotted line) and simulation (solid line).

Fig. 6.
Fig. 6.

Autocorrelation trace for a measured 16 ps pulse (gray dots), and sech2 fit (solid line); comparison with autocorrelation function of simulated pulse (dashed dotted line) (deconvolution factor: 0.645).

Tables (1)

Tables Icon

Table 1. Theoretically Achievable Pulse Duration for a 50 μm Cavity

Equations (2)

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τpulse=3.52·TRq0.
Ep=hνL2σLA2q0loutlout+lp,

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