Abstract

We have demonstrated a diode-pumped passively mode-locked femtosecond Nd,Y:CaF2 disordered crystal laser for the first time to our knowledge. By choosing appropriate Y-doping concentration, a broad fluorescence linewidth of 31 nm has been obtained from the gain linewidth-variable Nd,Y:CaF2 crystal. With the Nd,Y:CaF2 disordered crystal as gain medium, the mode-locked laser generated pulses with pulse duration as short as 103 fs, average output power of 89 mW, and repetition rate of 100 MHz. To our best knowledge, this is the shortest pulse generated from Nd-doped crystal lasers so far. The research results show that the Nd,Y:CaF2 disordered crystal will be a potential alternative as gain medium of repetitive chirped pulse amplification for high-peak-power lasers.

© 2014 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. D. Strickland and G. Mourou, Opt. Commun. 56, 219 (1985).
    [CrossRef]
  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. Card, C. Ebbers, and T. Ditmire, Appl. Opt. 49, 1676 (2010).
    [CrossRef]
  3. J. H. Sung, S. K. Lee, T. J. Yu, T. M. Jeong, and J. Lee, Opt. Lett. 35, 3021 (2010).
    [CrossRef]
  4. W. F. Krupke, M. D. Shinn, J. E. Marion, J. A. Caird, and S. E. Stokowski, J. Opt. Soc. Am. B 3, 102 (1986).
    [CrossRef]
  5. J. H. Liu, Z. P. Wang, X. L. Meng, and Z. S. Shao, Opt. Lett. 28, 2330 (2003).
    [CrossRef]
  6. N. P. Barnes, D. J. Gettemy, L. Esterowitz, and R. E. Allen, IEEE J. Quantum Electron. 23, 1434 (1987).
    [CrossRef]
  7. G. T. Maker and A. I. Ferguson, Opt. Lett. 14, 788 (1989).
    [CrossRef]
  8. U. Keller, K. D. Li, B. T. Khuri-Yakub, D. M. Bloom, K. J. Weingarten, and D. C. Gerstenberger, Opt. Lett. 15, 45 (1990).
    [CrossRef]
  9. K. D. Li, J. A. Sheridan, and D. M. Bloom, Opt. Lett. 16, 1505 (1991).
    [CrossRef]
  10. X. Fu, J. F. Li, and X. Y. Liang, Chin. Opt. Lett. 11, 081401 (2013).
    [CrossRef]
  11. A. Agnesi, F. Pirzio, A. Tomaselli, G. Reali, and C. Braggio, Opt. Express 13, 5302 (2005).
    [CrossRef]
  12. J. L. He, Y. X. Fan, J. Du, Y. G. Wang, S. Liu, H. T. Wang, L. H. Zhang, and Y. Hang, Opt. Lett. 29, 2803 (2004).
    [CrossRef]
  13. G. Q. Xie, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. Luo, H. J. Zhang, H. H. Yu, and J. Y. Wang, Opt. Lett. 34, 103 (2009).
    [CrossRef]
  14. G. Q. Xie, L. J. Qian, P. Yuan, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. H. Yu, H. J. Zhang, and J. Y. Wang, Laser Phys. Lett. 7, 483 (2010).
    [CrossRef]
  15. M. H. Ober, E. Sorokin, I. Sorokina, F. Krausz, E. Winter, and I. A. Shcherbakov, Opt. Lett. 17, 1364 (1992).
    [CrossRef]
  16. E. Sorokin, M. H. Ober, I. Sorokina, E. Winter, A. J. Schmidt, A. I. Zagumennyi, G. B. Loutts, E. W. Zharikov, and I. A. Shcherhakov, J. Opt. Soc. Am. B 10, 1436 (1993).
    [CrossRef]
  17. L. B. Su, Q. G. Wang, H. J. Li, G. Brasse, P. Camy, J. L. Doualan, A. Braud, R. Moncorgé, Y. Y. Zhan, L. H. Zheng, X. B. Qian, and J. Xu, Laser Phys. Lett. 10, 035804 (2013).
    [CrossRef]
  18. T. T. Basiev, V. B. Sigachev, M. E. Doroshenko, A. G. Papashvili, and V. V. Osiko, Proc. SPIE 2498, 179 (1995).
    [CrossRef]
  19. T. T. Basiev, V. V. Fedorov, A. Y. Karasik, and K. K. Pukhov, J. Lumin. 81, 189 (1999).
    [CrossRef]
  20. S. A. Payne, J. A. Caird, L. L. Chase, L. K. Smith, N. D. Nielsen, and W. F. Krupke, J. Opt. Soc. Am. B 8, 726 (1991).
    [CrossRef]
  21. D. Kopf, F. X. Kartner, and U. Keller, Opt. Lett. 20, 1169 (1995).
    [CrossRef]

2013 (2)

X. Fu, J. F. Li, and X. Y. Liang, Chin. Opt. Lett. 11, 081401 (2013).
[CrossRef]

L. B. Su, Q. G. Wang, H. J. Li, G. Brasse, P. Camy, J. L. Doualan, A. Braud, R. Moncorgé, Y. Y. Zhan, L. H. Zheng, X. B. Qian, and J. Xu, Laser Phys. Lett. 10, 035804 (2013).
[CrossRef]

2010 (3)

2009 (1)

2005 (1)

2004 (1)

2003 (1)

1999 (1)

T. T. Basiev, V. V. Fedorov, A. Y. Karasik, and K. K. Pukhov, J. Lumin. 81, 189 (1999).
[CrossRef]

1995 (2)

D. Kopf, F. X. Kartner, and U. Keller, Opt. Lett. 20, 1169 (1995).
[CrossRef]

T. T. Basiev, V. B. Sigachev, M. E. Doroshenko, A. G. Papashvili, and V. V. Osiko, Proc. SPIE 2498, 179 (1995).
[CrossRef]

1993 (1)

1992 (1)

1991 (2)

1990 (1)

1989 (1)

1987 (1)

N. P. Barnes, D. J. Gettemy, L. Esterowitz, and R. E. Allen, IEEE J. Quantum Electron. 23, 1434 (1987).
[CrossRef]

1986 (1)

1985 (1)

D. Strickland and G. Mourou, Opt. Commun. 56, 219 (1985).
[CrossRef]

Agnesi, A.

Allen, R. E.

N. P. Barnes, D. J. Gettemy, L. Esterowitz, and R. E. Allen, IEEE J. Quantum Electron. 23, 1434 (1987).
[CrossRef]

Barnes, N. P.

N. P. Barnes, D. J. Gettemy, L. Esterowitz, and R. E. Allen, IEEE J. Quantum Electron. 23, 1434 (1987).
[CrossRef]

Basiev, T. T.

T. T. Basiev, V. V. Fedorov, A. Y. Karasik, and K. K. Pukhov, J. Lumin. 81, 189 (1999).
[CrossRef]

T. T. Basiev, V. B. Sigachev, M. E. Doroshenko, A. G. Papashvili, and V. V. Osiko, Proc. SPIE 2498, 179 (1995).
[CrossRef]

Blakeney, J.

Bloom, D. M.

Borger, T.

Braggio, C.

Brasse, G.

L. B. Su, Q. G. Wang, H. J. Li, G. Brasse, P. Camy, J. L. Doualan, A. Braud, R. Moncorgé, Y. Y. Zhan, L. H. Zheng, X. B. Qian, and J. Xu, Laser Phys. Lett. 10, 035804 (2013).
[CrossRef]

Braud, A.

L. B. Su, Q. G. Wang, H. J. Li, G. Brasse, P. Camy, J. L. Doualan, A. Braud, R. Moncorgé, Y. Y. Zhan, L. H. Zheng, X. B. Qian, and J. Xu, Laser Phys. Lett. 10, 035804 (2013).
[CrossRef]

Caird, J. A.

Camy, P.

L. B. Su, Q. G. Wang, H. J. Li, G. Brasse, P. Camy, J. L. Doualan, A. Braud, R. Moncorgé, Y. Y. Zhan, L. H. Zheng, X. B. Qian, and J. Xu, Laser Phys. Lett. 10, 035804 (2013).
[CrossRef]

Card, J.

Chase, L. L.

Cross, R.

Ditmire, T.

Doroshenko, M. E.

T. T. Basiev, V. B. Sigachev, M. E. Doroshenko, A. G. Papashvili, and V. V. Osiko, Proc. SPIE 2498, 179 (1995).
[CrossRef]

Doualan, J. L.

L. B. Su, Q. G. Wang, H. J. Li, G. Brasse, P. Camy, J. L. Doualan, A. Braud, R. Moncorgé, Y. Y. Zhan, L. H. Zheng, X. B. Qian, and J. Xu, Laser Phys. Lett. 10, 035804 (2013).
[CrossRef]

Douglas, S.

Du, J.

Dyer, G.

Ebbers, C.

Erlandson, A.

Escamilla, R.

Esterowitz, L.

N. P. Barnes, D. J. Gettemy, L. Esterowitz, and R. E. Allen, IEEE J. Quantum Electron. 23, 1434 (1987).
[CrossRef]

Fan, Y. X.

Fedorov, V. V.

T. T. Basiev, V. V. Fedorov, A. Y. Karasik, and K. K. Pukhov, J. Lumin. 81, 189 (1999).
[CrossRef]

Ferguson, A. I.

Fu, X.

Gaul, E. W.

Gerstenberger, D. C.

Gettemy, D. J.

N. P. Barnes, D. J. Gettemy, L. Esterowitz, and R. E. Allen, IEEE J. Quantum Electron. 23, 1434 (1987).
[CrossRef]

Hammond, D.

Hang, Y.

He, J. L.

Henderson, W.

Jeong, T. M.

Jochmann, A.

Karasik, A. Y.

T. T. Basiev, V. V. Fedorov, A. Y. Karasik, and K. K. Pukhov, J. Lumin. 81, 189 (1999).
[CrossRef]

Kartner, F. X.

Keller, U.

Khuri-Yakub, B. T.

Kopf, D.

Krausz, F.

Krupke, W. F.

Lee, J.

Lee, S. K.

Li, H. J.

L. B. Su, Q. G. Wang, H. J. Li, G. Brasse, P. Camy, J. L. Doualan, A. Braud, R. Moncorgé, Y. Y. Zhan, L. H. Zheng, X. B. Qian, and J. Xu, Laser Phys. Lett. 10, 035804 (2013).
[CrossRef]

Li, J. F.

Li, K. D.

Liang, X. Y.

Liu, J. H.

Liu, S.

Loutts, G. B.

Luo, H.

Maker, G. T.

Marion, J. E.

Martinez, M.

Meng, X. L.

Moncorgé, R.

L. B. Su, Q. G. Wang, H. J. Li, G. Brasse, P. Camy, J. L. Doualan, A. Braud, R. Moncorgé, Y. Y. Zhan, L. H. Zheng, X. B. Qian, and J. Xu, Laser Phys. Lett. 10, 035804 (2013).
[CrossRef]

Mourou, G.

D. Strickland and G. Mourou, Opt. Commun. 56, 219 (1985).
[CrossRef]

Nielsen, N. D.

Ober, M. H.

Osiko, V. V.

T. T. Basiev, V. B. Sigachev, M. E. Doroshenko, A. G. Papashvili, and V. V. Osiko, Proc. SPIE 2498, 179 (1995).
[CrossRef]

Papashvili, A. G.

T. T. Basiev, V. B. Sigachev, M. E. Doroshenko, A. G. Papashvili, and V. V. Osiko, Proc. SPIE 2498, 179 (1995).
[CrossRef]

Payne, S. A.

Pirzio, F.

Pukhov, K. K.

T. T. Basiev, V. V. Fedorov, A. Y. Karasik, and K. K. Pukhov, J. Lumin. 81, 189 (1999).
[CrossRef]

Qian, L. J.

G. Q. Xie, L. J. Qian, P. Yuan, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. H. Yu, H. J. Zhang, and J. Y. Wang, Laser Phys. Lett. 7, 483 (2010).
[CrossRef]

Qian, X. B.

L. B. Su, Q. G. Wang, H. J. Li, G. Brasse, P. Camy, J. L. Doualan, A. Braud, R. Moncorgé, Y. Y. Zhan, L. H. Zheng, X. B. Qian, and J. Xu, Laser Phys. Lett. 10, 035804 (2013).
[CrossRef]

Reali, G.

Ringuette, M.

Schmidt, A. J.

Shao, Z. S.

Shcherbakov, I. A.

Shcherhakov, I. A.

Sheridan, J. A.

Shinn, M. D.

Sigachev, V. B.

T. T. Basiev, V. B. Sigachev, M. E. Doroshenko, A. G. Papashvili, and V. V. Osiko, Proc. SPIE 2498, 179 (1995).
[CrossRef]

Smith, L. K.

Sorokin, E.

Sorokina, I.

Stokowski, S. E.

Strickland, D.

D. Strickland and G. Mourou, Opt. Commun. 56, 219 (1985).
[CrossRef]

Su, L. B.

L. B. Su, Q. G. Wang, H. J. Li, G. Brasse, P. Camy, J. L. Doualan, A. Braud, R. Moncorgé, Y. Y. Zhan, L. H. Zheng, X. B. Qian, and J. Xu, Laser Phys. Lett. 10, 035804 (2013).
[CrossRef]

Sung, J. H.

Tan, W. D.

G. Q. Xie, L. J. Qian, P. Yuan, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. H. Yu, H. J. Zhang, and J. Y. Wang, Laser Phys. Lett. 7, 483 (2010).
[CrossRef]

G. Q. Xie, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. Luo, H. J. Zhang, H. H. Yu, and J. Y. Wang, Opt. Lett. 34, 103 (2009).
[CrossRef]

Tang, D. Y.

G. Q. Xie, L. J. Qian, P. Yuan, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. H. Yu, H. J. Zhang, and J. Y. Wang, Laser Phys. Lett. 7, 483 (2010).
[CrossRef]

G. Q. Xie, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. Luo, H. J. Zhang, H. H. Yu, and J. Y. Wang, Opt. Lett. 34, 103 (2009).
[CrossRef]

Tomaselli, A.

Wang, H. T.

Wang, J. Y.

G. Q. Xie, L. J. Qian, P. Yuan, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. H. Yu, H. J. Zhang, and J. Y. Wang, Laser Phys. Lett. 7, 483 (2010).
[CrossRef]

G. Q. Xie, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. Luo, H. J. Zhang, H. H. Yu, and J. Y. Wang, Opt. Lett. 34, 103 (2009).
[CrossRef]

Wang, Q. G.

L. B. Su, Q. G. Wang, H. J. Li, G. Brasse, P. Camy, J. L. Doualan, A. Braud, R. Moncorgé, Y. Y. Zhan, L. H. Zheng, X. B. Qian, and J. Xu, Laser Phys. Lett. 10, 035804 (2013).
[CrossRef]

Wang, Y. G.

Wang, Z. P.

Weingarten, K. J.

Winter, E.

Xie, G. Q.

G. Q. Xie, L. J. Qian, P. Yuan, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. H. Yu, H. J. Zhang, and J. Y. Wang, Laser Phys. Lett. 7, 483 (2010).
[CrossRef]

G. Q. Xie, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. Luo, H. J. Zhang, H. H. Yu, and J. Y. Wang, Opt. Lett. 34, 103 (2009).
[CrossRef]

Xu, J.

L. B. Su, Q. G. Wang, H. J. Li, G. Brasse, P. Camy, J. L. Doualan, A. Braud, R. Moncorgé, Y. Y. Zhan, L. H. Zheng, X. B. Qian, and J. Xu, Laser Phys. Lett. 10, 035804 (2013).
[CrossRef]

Yu, H. H.

G. Q. Xie, L. J. Qian, P. Yuan, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. H. Yu, H. J. Zhang, and J. Y. Wang, Laser Phys. Lett. 7, 483 (2010).
[CrossRef]

G. Q. Xie, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. Luo, H. J. Zhang, H. H. Yu, and J. Y. Wang, Opt. Lett. 34, 103 (2009).
[CrossRef]

Yu, T. J.

Yuan, P.

G. Q. Xie, L. J. Qian, P. Yuan, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. H. Yu, H. J. Zhang, and J. Y. Wang, Laser Phys. Lett. 7, 483 (2010).
[CrossRef]

Zagumennyi, A. I.

Zhan, Y. Y.

L. B. Su, Q. G. Wang, H. J. Li, G. Brasse, P. Camy, J. L. Doualan, A. Braud, R. Moncorgé, Y. Y. Zhan, L. H. Zheng, X. B. Qian, and J. Xu, Laser Phys. Lett. 10, 035804 (2013).
[CrossRef]

Zhang, H. J.

G. Q. Xie, L. J. Qian, P. Yuan, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. H. Yu, H. J. Zhang, and J. Y. Wang, Laser Phys. Lett. 7, 483 (2010).
[CrossRef]

G. Q. Xie, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. Luo, H. J. Zhang, H. H. Yu, and J. Y. Wang, Opt. Lett. 34, 103 (2009).
[CrossRef]

Zhang, L. H.

Zharikov, E. W.

Zheng, L. H.

L. B. Su, Q. G. Wang, H. J. Li, G. Brasse, P. Camy, J. L. Doualan, A. Braud, R. Moncorgé, Y. Y. Zhan, L. H. Zheng, X. B. Qian, and J. Xu, Laser Phys. Lett. 10, 035804 (2013).
[CrossRef]

Appl. Opt. (1)

Chin. Opt. Lett. (1)

IEEE J. Quantum Electron. (1)

N. P. Barnes, D. J. Gettemy, L. Esterowitz, and R. E. Allen, IEEE J. Quantum Electron. 23, 1434 (1987).
[CrossRef]

J. Lumin. (1)

T. T. Basiev, V. V. Fedorov, A. Y. Karasik, and K. K. Pukhov, J. Lumin. 81, 189 (1999).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (3)

Laser Phys. Lett. (2)

L. B. Su, Q. G. Wang, H. J. Li, G. Brasse, P. Camy, J. L. Doualan, A. Braud, R. Moncorgé, Y. Y. Zhan, L. H. Zheng, X. B. Qian, and J. Xu, Laser Phys. Lett. 10, 035804 (2013).
[CrossRef]

G. Q. Xie, L. J. Qian, P. Yuan, D. Y. Tang, W. D. Tan, H. H. Yu, H. J. Zhang, and J. Y. Wang, Laser Phys. Lett. 7, 483 (2010).
[CrossRef]

Opt. Commun. (1)

D. Strickland and G. Mourou, Opt. Commun. 56, 219 (1985).
[CrossRef]

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (9)

Proc. SPIE (1)

T. T. Basiev, V. B. Sigachev, M. E. Doroshenko, A. G. Papashvili, and V. V. Osiko, Proc. SPIE 2498, 179 (1995).
[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 (5)

Fig. 1.
Fig. 1.

Absorption spectrum (a) and fluorescence spectrum (b) of Nd,Y:CaF2 crystal with Nd-doping of 0.5% and Y-doping of 10%.

Fig. 2.
Fig. 2.

Schematic of mode-locked laser setup: LD, laser diode; F1, F2, lenses with focal lengths of 100 and 120 mm, respectively; OC, output coupler with a transmission of 2%; SESAM, semiconductor saturable absorber mirror; the dotted line indicates CW laser path.

Fig. 3.
Fig. 3.

CW mode-locked pulse trains in nanosecond and millisecond time scales.

Fig. 4.
Fig. 4.

Autocorrelation trace and spectrum of the mode-locked pulses.

Fig. 5.
Fig. 5.

Output power versus incident pump power in CW and CW mode-locking regimes.

Metrics