Abstract

We demonstrate a scheme for nonlinear pulse compression at high average powers based on self-phase modulation in a multi-pass cell using fused silica as the nonlinear medium. The scheme is suitable for compression of pulses with peak powers exceeding the threshold for critical self-focusing. At >400  W of input power, the pulses of a Yb:YAG-Innoslab laser system (10 MHz repetition rate, 850 fs pulse duration) are spectrally broadened from 1.6 to >13.5  nm bandwidth while maintaining almost diffraction-limited beam quality. The chirp is removed with a dispersive mirror compressor, and pulse durations of 170 fs at an output power of 375 W are achieved. The compression unit reaches an overall transmission of >90%.

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Cited By

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Figures (5)

Fig. 1.
Fig. 1.

Overview of high-power laser systems ( > 50    W ) comprising nonlinear pulse compression. Selected results are labeled with compressed pulse duration and compression efficiency, if applicable.

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Fig. 2.
Fig. 2.

Experimental setup for nonlinear compression using a multi-pass cell.

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Fig. 3.
Fig. 3.

Transmission characteristics of the MPC spectral broadening unit. (a) Output power versus input power. (b) Output mode overlap versus input power. Reference mode at 354 W of output power. (c) Output beam quality (after MPC) versus output power. (d) Output beam quality (after MPC) versus output power, without spatial filtering of the input beam (input beam quality ∼ 1.35 × 1.05 ).

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Fig. 4.
Fig. 4.

Input (red) and output (black) spectra of the MPC spectral broadening unit at (a) 354 W transmitted power and (b) maximum transmitted power (446 W). The blue curve in (a) is obtained with reduced input beam quality, i.e., after removing the spatial filtering module of the laser system, at an output power of 370 W.

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Fig. 5.
Fig. 5.

(a) Autocorrelation measurements of pulses at laser output, after compression at 375 W compressed power and corresponding calculated transform-limited autocorrelation. (b) Beam quality measurement after pulse compression (MPC and mirror compressor) at 375 W compressed power.

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