Abstract

We demonstrate that Nd:YVO4 can efficiently amplify a nanosecond laser diode in a very simple double-pass configuration. Based on longitudinal pumping with a high brightness fiber-coupled laser diode at 808 nm (60 W, 100 μm, 0.22 NA) and a low Nd-doped (0.2%) temperature controlled Nd:YVO4 we achieved an optical gain of 62 dB with very low (<2%) parasitic laser emission and an average output power of 10 W. At 15 kHz, we observed a strong gain saturation dynamic resulting in a pulse duration reduction from 100 to 3.5 ns. This effect enhances the peak power by a factor of 18 (130 kW) with an energy of 620 μJ.

© 2014 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. P. Dupriez, A. Piper, A. Malinowski, J. K. Sahu, M. Ibsen, B. C. Thomsen, Y. Jeong, L. M. B. Hickey, M. N. Zervas, J. Nilsson, and D. J. Richardson, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 1013 (2006).
    [CrossRef]
  2. Y. Jeong, J. Nilsson, J. K. Sahu, D. N. Payne, R. Horley, L. M. B. Hickey, and P. W. Turner, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 13, 546 (2007).
  3. H. Liu, C. Gao, W. Zhao, and Y. Wang, Opt. Express 16, 7888 (2008).
    [CrossRef]
  4. D. J. Richardson, J. Nilsson, and W. A. Clarkson, J. Opt. Soc. Am. B 27, B63 (2010).
    [CrossRef]
  5. M. Laurila, M. M. Jørgensen, K. R. Hansen, T. T. Alkeskjold, J. Broeng, and J. Lægsgaard, Opt. Express 20, 5742 (2012).
    [CrossRef]
  6. T. Metzger, A. Schwarz, C. Y. Teisset, D. Sutter, A. Killi, R. Kienberger, and F. Krausz, Opt. Lett. 34, 2123 (2009).
    [CrossRef]
  7. M. Delaigue, I. Manek-Hönninger, F. Salin, C. Hönninger, P. Rigail, A. Courjaud, and E. Mottay, Appl. Phys. B 84, 375 (2006).
    [CrossRef]
  8. A. W. Tucker, M. Birnbaum, C. L. Fincher, and J. W. Erler, J. Appl. Phys. 48, 4907 (1977).
    [CrossRef]
  9. G. Turri, H. P. Jenssen, F. Cornacchia, M. Tonelli, and M. Bass, J. Opt. Soc. Am. B 26, 2084 (2009).
    [CrossRef]
  10. X. Délen, F. Balembois, and P. Georges, J. Opt. Soc. Am. B 28, 972 (2011).
    [CrossRef]
  11. Y. Sato and T. Taira, Opt. Mater. Express 2, 1076 (2012).
    [CrossRef]
  12. L. McDonagh, R. Wallenstein, R. Knappe, and A. Nebel, Opt. Lett. 31, 3297 (2006).
    [CrossRef]
  13. P. Zhu, D. Li, P. Hu, A. Schell, P. Shi, C. R. Haas, N. Wu, and K. Du, Opt. Lett. 33, 1930 (2008).
    [CrossRef]
  14. D. Sangla, M. Castaing, F. Balembois, and P. Georges, Opt. Lett. 34, 2159 (2009).
    [CrossRef]
  15. X. Délen, F. Balembois, and P. Georges, J. Opt. Soc. Am. B 29, 2339 (2012).
  16. A. Agnesi, L. Carrà, F. Pirzio, and G. Reali, Appl. Phys. B 109, 659 (2012).
    [CrossRef]
  17. A. Agnesi, L. Carrà, R. Piccoli, F. Pirzio, and G. Reali, Opt. Lett. 37, 3612 (2012).
    [CrossRef]
  18. K. Nawata, M. Okida, K. Furuki, K. Miyamoto, and T. Omatsu, Opt. Express 17, 20816 (2009).
    [CrossRef]
  19. L. Mcdonagh and R. Wallenstein, Opt. Lett. 31, 3303 (2006).
    [CrossRef]

2012 (5)

2011 (1)

2010 (1)

2009 (4)

2008 (2)

2007 (1)

Y. Jeong, J. Nilsson, J. K. Sahu, D. N. Payne, R. Horley, L. M. B. Hickey, and P. W. Turner, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 13, 546 (2007).

2006 (4)

M. Delaigue, I. Manek-Hönninger, F. Salin, C. Hönninger, P. Rigail, A. Courjaud, and E. Mottay, Appl. Phys. B 84, 375 (2006).
[CrossRef]

L. McDonagh, R. Wallenstein, R. Knappe, and A. Nebel, Opt. Lett. 31, 3297 (2006).
[CrossRef]

L. Mcdonagh and R. Wallenstein, Opt. Lett. 31, 3303 (2006).
[CrossRef]

P. Dupriez, A. Piper, A. Malinowski, J. K. Sahu, M. Ibsen, B. C. Thomsen, Y. Jeong, L. M. B. Hickey, M. N. Zervas, J. Nilsson, and D. J. Richardson, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 1013 (2006).
[CrossRef]

1977 (1)

A. W. Tucker, M. Birnbaum, C. L. Fincher, and J. W. Erler, J. Appl. Phys. 48, 4907 (1977).
[CrossRef]

Agnesi, A.

A. Agnesi, L. Carrà, F. Pirzio, and G. Reali, Appl. Phys. B 109, 659 (2012).
[CrossRef]

A. Agnesi, L. Carrà, R. Piccoli, F. Pirzio, and G. Reali, Opt. Lett. 37, 3612 (2012).
[CrossRef]

Alkeskjold, T. T.

Balembois, F.

Bass, M.

Birnbaum, M.

A. W. Tucker, M. Birnbaum, C. L. Fincher, and J. W. Erler, J. Appl. Phys. 48, 4907 (1977).
[CrossRef]

Broeng, J.

Carrà, L.

A. Agnesi, L. Carrà, F. Pirzio, and G. Reali, Appl. Phys. B 109, 659 (2012).
[CrossRef]

A. Agnesi, L. Carrà, R. Piccoli, F. Pirzio, and G. Reali, Opt. Lett. 37, 3612 (2012).
[CrossRef]

Castaing, M.

Clarkson, W. A.

Cornacchia, F.

Courjaud, A.

M. Delaigue, I. Manek-Hönninger, F. Salin, C. Hönninger, P. Rigail, A. Courjaud, and E. Mottay, Appl. Phys. B 84, 375 (2006).
[CrossRef]

Delaigue, M.

M. Delaigue, I. Manek-Hönninger, F. Salin, C. Hönninger, P. Rigail, A. Courjaud, and E. Mottay, Appl. Phys. B 84, 375 (2006).
[CrossRef]

Délen, X.

Du, K.

Dupriez, P.

P. Dupriez, A. Piper, A. Malinowski, J. K. Sahu, M. Ibsen, B. C. Thomsen, Y. Jeong, L. M. B. Hickey, M. N. Zervas, J. Nilsson, and D. J. Richardson, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 1013 (2006).
[CrossRef]

Erler, J. W.

A. W. Tucker, M. Birnbaum, C. L. Fincher, and J. W. Erler, J. Appl. Phys. 48, 4907 (1977).
[CrossRef]

Fincher, C. L.

A. W. Tucker, M. Birnbaum, C. L. Fincher, and J. W. Erler, J. Appl. Phys. 48, 4907 (1977).
[CrossRef]

Furuki, K.

Gao, C.

Georges, P.

Haas, C. R.

Hansen, K. R.

Hickey, L. M. B.

Y. Jeong, J. Nilsson, J. K. Sahu, D. N. Payne, R. Horley, L. M. B. Hickey, and P. W. Turner, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 13, 546 (2007).

P. Dupriez, A. Piper, A. Malinowski, J. K. Sahu, M. Ibsen, B. C. Thomsen, Y. Jeong, L. M. B. Hickey, M. N. Zervas, J. Nilsson, and D. J. Richardson, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 1013 (2006).
[CrossRef]

Hönninger, C.

M. Delaigue, I. Manek-Hönninger, F. Salin, C. Hönninger, P. Rigail, A. Courjaud, and E. Mottay, Appl. Phys. B 84, 375 (2006).
[CrossRef]

Horley, R.

Y. Jeong, J. Nilsson, J. K. Sahu, D. N. Payne, R. Horley, L. M. B. Hickey, and P. W. Turner, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 13, 546 (2007).

Hu, P.

Ibsen, M.

P. Dupriez, A. Piper, A. Malinowski, J. K. Sahu, M. Ibsen, B. C. Thomsen, Y. Jeong, L. M. B. Hickey, M. N. Zervas, J. Nilsson, and D. J. Richardson, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 1013 (2006).
[CrossRef]

Jenssen, H. P.

Jeong, Y.

Y. Jeong, J. Nilsson, J. K. Sahu, D. N. Payne, R. Horley, L. M. B. Hickey, and P. W. Turner, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 13, 546 (2007).

P. Dupriez, A. Piper, A. Malinowski, J. K. Sahu, M. Ibsen, B. C. Thomsen, Y. Jeong, L. M. B. Hickey, M. N. Zervas, J. Nilsson, and D. J. Richardson, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 1013 (2006).
[CrossRef]

Jørgensen, M. M.

Kienberger, R.

Killi, A.

Knappe, R.

Krausz, F.

Lægsgaard, J.

Laurila, M.

Li, D.

Liu, H.

Malinowski, A.

P. Dupriez, A. Piper, A. Malinowski, J. K. Sahu, M. Ibsen, B. C. Thomsen, Y. Jeong, L. M. B. Hickey, M. N. Zervas, J. Nilsson, and D. J. Richardson, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 1013 (2006).
[CrossRef]

Manek-Hönninger, I.

M. Delaigue, I. Manek-Hönninger, F. Salin, C. Hönninger, P. Rigail, A. Courjaud, and E. Mottay, Appl. Phys. B 84, 375 (2006).
[CrossRef]

McDonagh, L.

Metzger, T.

Miyamoto, K.

Mottay, E.

M. Delaigue, I. Manek-Hönninger, F. Salin, C. Hönninger, P. Rigail, A. Courjaud, and E. Mottay, Appl. Phys. B 84, 375 (2006).
[CrossRef]

Nawata, K.

Nebel, A.

Nilsson, J.

D. J. Richardson, J. Nilsson, and W. A. Clarkson, J. Opt. Soc. Am. B 27, B63 (2010).
[CrossRef]

Y. Jeong, J. Nilsson, J. K. Sahu, D. N. Payne, R. Horley, L. M. B. Hickey, and P. W. Turner, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 13, 546 (2007).

P. Dupriez, A. Piper, A. Malinowski, J. K. Sahu, M. Ibsen, B. C. Thomsen, Y. Jeong, L. M. B. Hickey, M. N. Zervas, J. Nilsson, and D. J. Richardson, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 1013 (2006).
[CrossRef]

Okida, M.

Omatsu, T.

Payne, D. N.

Y. Jeong, J. Nilsson, J. K. Sahu, D. N. Payne, R. Horley, L. M. B. Hickey, and P. W. Turner, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 13, 546 (2007).

Piccoli, R.

Piper, A.

P. Dupriez, A. Piper, A. Malinowski, J. K. Sahu, M. Ibsen, B. C. Thomsen, Y. Jeong, L. M. B. Hickey, M. N. Zervas, J. Nilsson, and D. J. Richardson, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 1013 (2006).
[CrossRef]

Pirzio, F.

A. Agnesi, L. Carrà, R. Piccoli, F. Pirzio, and G. Reali, Opt. Lett. 37, 3612 (2012).
[CrossRef]

A. Agnesi, L. Carrà, F. Pirzio, and G. Reali, Appl. Phys. B 109, 659 (2012).
[CrossRef]

Reali, G.

A. Agnesi, L. Carrà, F. Pirzio, and G. Reali, Appl. Phys. B 109, 659 (2012).
[CrossRef]

A. Agnesi, L. Carrà, R. Piccoli, F. Pirzio, and G. Reali, Opt. Lett. 37, 3612 (2012).
[CrossRef]

Richardson, D. J.

D. J. Richardson, J. Nilsson, and W. A. Clarkson, J. Opt. Soc. Am. B 27, B63 (2010).
[CrossRef]

P. Dupriez, A. Piper, A. Malinowski, J. K. Sahu, M. Ibsen, B. C. Thomsen, Y. Jeong, L. M. B. Hickey, M. N. Zervas, J. Nilsson, and D. J. Richardson, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 1013 (2006).
[CrossRef]

Rigail, P.

M. Delaigue, I. Manek-Hönninger, F. Salin, C. Hönninger, P. Rigail, A. Courjaud, and E. Mottay, Appl. Phys. B 84, 375 (2006).
[CrossRef]

Sahu, J. K.

Y. Jeong, J. Nilsson, J. K. Sahu, D. N. Payne, R. Horley, L. M. B. Hickey, and P. W. Turner, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 13, 546 (2007).

P. Dupriez, A. Piper, A. Malinowski, J. K. Sahu, M. Ibsen, B. C. Thomsen, Y. Jeong, L. M. B. Hickey, M. N. Zervas, J. Nilsson, and D. J. Richardson, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 1013 (2006).
[CrossRef]

Salin, F.

M. Delaigue, I. Manek-Hönninger, F. Salin, C. Hönninger, P. Rigail, A. Courjaud, and E. Mottay, Appl. Phys. B 84, 375 (2006).
[CrossRef]

Sangla, D.

Sato, Y.

Schell, A.

Schwarz, A.

Shi, P.

Sutter, D.

Taira, T.

Teisset, C. Y.

Thomsen, B. C.

P. Dupriez, A. Piper, A. Malinowski, J. K. Sahu, M. Ibsen, B. C. Thomsen, Y. Jeong, L. M. B. Hickey, M. N. Zervas, J. Nilsson, and D. J. Richardson, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 1013 (2006).
[CrossRef]

Tonelli, M.

Tucker, A. W.

A. W. Tucker, M. Birnbaum, C. L. Fincher, and J. W. Erler, J. Appl. Phys. 48, 4907 (1977).
[CrossRef]

Turner, P. W.

Y. Jeong, J. Nilsson, J. K. Sahu, D. N. Payne, R. Horley, L. M. B. Hickey, and P. W. Turner, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 13, 546 (2007).

Turri, G.

Wallenstein, R.

Wang, Y.

Wu, N.

Zervas, M. N.

P. Dupriez, A. Piper, A. Malinowski, J. K. Sahu, M. Ibsen, B. C. Thomsen, Y. Jeong, L. M. B. Hickey, M. N. Zervas, J. Nilsson, and D. J. Richardson, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 1013 (2006).
[CrossRef]

Zhao, W.

Zhu, P.

Appl. Phys. B (2)

M. Delaigue, I. Manek-Hönninger, F. Salin, C. Hönninger, P. Rigail, A. Courjaud, and E. Mottay, Appl. Phys. B 84, 375 (2006).
[CrossRef]

A. Agnesi, L. Carrà, F. Pirzio, and G. Reali, Appl. Phys. B 109, 659 (2012).
[CrossRef]

IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. (1)

Y. Jeong, J. Nilsson, J. K. Sahu, D. N. Payne, R. Horley, L. M. B. Hickey, and P. W. Turner, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 13, 546 (2007).

IEEE Photon. Technol. Lett. (1)

P. Dupriez, A. Piper, A. Malinowski, J. K. Sahu, M. Ibsen, B. C. Thomsen, Y. Jeong, L. M. B. Hickey, M. N. Zervas, J. Nilsson, and D. J. Richardson, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 1013 (2006).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

A. W. Tucker, M. Birnbaum, C. L. Fincher, and J. W. Erler, J. Appl. Phys. 48, 4907 (1977).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (4)

Opt. Express (3)

Opt. Lett. (6)

Opt. Mater. Express (1)

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 (5)

Fig. 1.
Fig. 1.

Experimental setup.

Fig. 2.
Fig. 2.

Left: optical gain (dB) and output power (W) versus the seed power (mW) at full pump power (60 W in total) after a double pass in the Nd:YVO4 crystal. Right: beam profiles in the near field and far field after amplification.

Fig. 3.
Fig. 3.

Output power of the amplified beam versus time for 100 ns duration seed pulses at a repetition rate of 15 kHz.

Fig. 4.
Fig. 4.

Output pulse temporal profile for 100 ns duration seed pulses at a repetition rate of 15 kHz.

Fig. 5.
Fig. 5.

Output power and output pulse duration at FWHM versus the repetition rate, for a constant seed average power of 350 μW.

Metrics