Abstract

We demonstrate the complete temporal characterization of the optical waveform of visible near-infrared octave-spanning ultrashort laser pulses, using an all-optical, all-solid-state, and fully inline dispersion-scan device based only on second-harmonic generation.

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Figures (4)

Fig. 1.
Fig. 1. Concept and simplified schematic of the experimental setup. The pulses are negatively chirped with chirped mirrors (not shown) and go through glass wedges placed on a motorized stage. The pulses are focused on a thin (4.0 μm) SHG crystal and then go through a wire-grid polarizer, which is used to control the amount of fundamental and SHG and to project both fields into a common polarization axis. The SHG crystal thickness is exaggerated for illustration purposes. The inset shows a typical d -scan trace (SHG signal as a function of glass insertion), a zoom of the trace in the spectral interference region, and the corresponding reconstructed optical field.
Fig. 2.
Fig. 2. Typical (a) a measured and (b) retrieved d -scan traces. (c) Measured spectral intensity and retrieved spectral phase with corresponding (d) time-domain reconstruction. The intensity plot in the time domain is normalized to the Fourier limited case.
Fig. 3.
Fig. 3. Measured fundamental spectrum (black line, from 400 to 1000 nm) and retrieved fundamental phase (red) and corresponding calculated SHG spectral amplitude (black) and phase (blue), with standard deviations shown in lighter colors. Shaded area (between 450 and 470 nm) shows the spectral region, where both fundamental and SHG spectral intensities are non-zero and the corresponding spectral phases are known with high precision.
Fig. 4.
Fig. 4. Close-up of the (a) measured interference fringes in the spectral region between 450 and 470 nm around the reference glass insertion and (b) corresponding simulated fringes after choosing the absolute spectral phase that minimizes the error in the shown region. After the CEP is determined, that value is input into the previously determined spectral phase, and the full electric field is calculated. (c) shows the amplitude (black) and the electric field (red). The lighter shaded areas denote the standard deviation.

Equations (5)

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U ˜ ( ω ) = | U ˜ ( ω ) | exp i ϕ ( ω ) .
| U ˜ SHG ( ω ) | 2 = R ( ω ) | U ˜ ( Ω ) U ˜ ( ω Ω ) d Ω | 2 ,
U ˜ SHG ( ω ) = i U ˜ ( Ω ) U ˜ ( ω Ω ) exp i Δ k ( Ω , ω Ω ) L 2 d Ω ,
Δ k ( Ω , ω Ω ) = k o ( Ω ) + k o ( ω Ω ) k e ( ω ) .
U ˜ SHG ( ω ) = i · e i k e ( ω ) L / 2 U ˜ ( Ω ) U ˜ ( ω Ω ) e i k o ( Ω ) L / 2 e i k o ( ω Ω ) L / 2 d Ω ,

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