Abstract

This Letter presents results from a new master-oscillator, power-amplifier pulse-burst laser system demonstrating ultrahigh pulse energies greater than 2.0J/pulse at 1064 nm with interpulse separations of 100 μs (10 kHz) for burst durations of 100 pulses. Each pulse generates peak powers exceeding 130 MW and an average power of approximately 20 kW is generated over a 100-pulse-burst. Pulse energies decrease by less than 10% over a 100 sequential pulses, demonstrating negligible “droop” over long-duration pulse trains. Second-harmonic generation of 532 nm with conversion efficiency greater than 50% is demonstrated for 100-pulse-burst durations.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. B. Böhm, C. Heeger, R. L. Gordon, and A. Dreizler, Turbulence and Combustion 86, 313 (2011).
    [CrossRef]
  2. A. N. Karpetis and R. S. Barlow, Proc. Combust. Inst. 29, 1929 (2002).
    [CrossRef]
  3. W. Meier, R. S. Barlow, Y. L. Chen, and J. Y. Chen, Combust. Flame 123, 326 (2000).
    [CrossRef]
  4. J. M. Grace, P. E. Nebolsine, C. L. Goldey, G. Chahal, J. Norby, and J. M. Heritier, Opt. Eng. 37, 2205 (1998).
    [CrossRef]
  5. C. F. Kaminski, J. Hult, and M. Alden, Appl. Phys. B 68, 757 (1999).
    [CrossRef]
  6. P. F. Wu, W. R. Lempert, and R. B. Miles, AIAA J. 38, 672 (2000).
    [CrossRef]
  7. B. Thurow, N. Jiang, M. Samimy, and W. R. Lempert, Appl. Opt. 43, 5064 (2004).
    [CrossRef]
  8. N. Jiang, W. R. Lempert, G. L. Switzer, T. R. Meyer, and J. R. Gord, Appl. Opt. 47, 64 (2008).
    [CrossRef]
  9. B. S. Thurow, A. Satija, and K. Lynch, Appl. Opt. 48, 2086 (2009).
    [CrossRef]
  10. N. Jiang, M. Webster, W. R. Lempert, J. D. Miller, T. R. Meyer, C. B. Ivey, and P. M. Danehy, Appl. Opt. 50, A20 (2011).
    [CrossRef]
  11. N. Jiang, M. C. Webster, and W. R. Lempert, Appl. Opt. 48, B23 (2009).
    [CrossRef]
  12. J. D. Miller, M. Slipchenko, T. R. Meyer, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. R. Gord, Opt. Lett. 34, 1309 (2009).
    [CrossRef]
  13. N. Jiang, R. A. Patton, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Proc. Combust. Inst. 33, 767 (2011).
    [CrossRef]
  14. K. N. Gabet, R. A. Patton, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 106, 569 (2012).
    [CrossRef]
  15. K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 101, 1 (2010).
    [CrossRef]
  16. R. A. Patton, K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 106, 457 (2012).
    [CrossRef]
  17. R. A. Patton, K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B (2012).
    [CrossRef]
  18. M. N. Slipchenko, J. D. Miller, S. Roy, J. R. Gord, S. A. Danczyk, and T. R. Meyer, Opt. Lett. 37, 1346 (2012).
    [CrossRef]
  19. J. T. Hunt, J. A. Glaze, W. W. Simmons, and P. A. Renard, Appl. Opt. 17, 2053 (1978).
    [CrossRef]

2012 (4)

R. A. Patton, K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 106, 457 (2012).
[CrossRef]

R. A. Patton, K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B (2012).
[CrossRef]

M. N. Slipchenko, J. D. Miller, S. Roy, J. R. Gord, S. A. Danczyk, and T. R. Meyer, Opt. Lett. 37, 1346 (2012).
[CrossRef]

K. N. Gabet, R. A. Patton, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 106, 569 (2012).
[CrossRef]

2011 (3)

N. Jiang, M. Webster, W. R. Lempert, J. D. Miller, T. R. Meyer, C. B. Ivey, and P. M. Danehy, Appl. Opt. 50, A20 (2011).
[CrossRef]

N. Jiang, R. A. Patton, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Proc. Combust. Inst. 33, 767 (2011).
[CrossRef]

B. Böhm, C. Heeger, R. L. Gordon, and A. Dreizler, Turbulence and Combustion 86, 313 (2011).
[CrossRef]

2010 (1)

K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 101, 1 (2010).
[CrossRef]

2009 (3)

2008 (1)

2004 (1)

2002 (1)

A. N. Karpetis and R. S. Barlow, Proc. Combust. Inst. 29, 1929 (2002).
[CrossRef]

2000 (2)

W. Meier, R. S. Barlow, Y. L. Chen, and J. Y. Chen, Combust. Flame 123, 326 (2000).
[CrossRef]

P. F. Wu, W. R. Lempert, and R. B. Miles, AIAA J. 38, 672 (2000).
[CrossRef]

1999 (1)

C. F. Kaminski, J. Hult, and M. Alden, Appl. Phys. B 68, 757 (1999).
[CrossRef]

1998 (1)

J. M. Grace, P. E. Nebolsine, C. L. Goldey, G. Chahal, J. Norby, and J. M. Heritier, Opt. Eng. 37, 2205 (1998).
[CrossRef]

1978 (1)

Alden, M.

C. F. Kaminski, J. Hult, and M. Alden, Appl. Phys. B 68, 757 (1999).
[CrossRef]

Barlow, R. S.

A. N. Karpetis and R. S. Barlow, Proc. Combust. Inst. 29, 1929 (2002).
[CrossRef]

W. Meier, R. S. Barlow, Y. L. Chen, and J. Y. Chen, Combust. Flame 123, 326 (2000).
[CrossRef]

Böhm, B.

B. Böhm, C. Heeger, R. L. Gordon, and A. Dreizler, Turbulence and Combustion 86, 313 (2011).
[CrossRef]

Chahal, G.

J. M. Grace, P. E. Nebolsine, C. L. Goldey, G. Chahal, J. Norby, and J. M. Heritier, Opt. Eng. 37, 2205 (1998).
[CrossRef]

Chen, J. Y.

W. Meier, R. S. Barlow, Y. L. Chen, and J. Y. Chen, Combust. Flame 123, 326 (2000).
[CrossRef]

Chen, Y. L.

W. Meier, R. S. Barlow, Y. L. Chen, and J. Y. Chen, Combust. Flame 123, 326 (2000).
[CrossRef]

Danczyk, S. A.

Danehy, P. M.

Dreizler, A.

B. Böhm, C. Heeger, R. L. Gordon, and A. Dreizler, Turbulence and Combustion 86, 313 (2011).
[CrossRef]

Gabet, K. N.

K. N. Gabet, R. A. Patton, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 106, 569 (2012).
[CrossRef]

R. A. Patton, K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 106, 457 (2012).
[CrossRef]

R. A. Patton, K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B (2012).
[CrossRef]

K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 101, 1 (2010).
[CrossRef]

Glaze, J. A.

Goldey, C. L.

J. M. Grace, P. E. Nebolsine, C. L. Goldey, G. Chahal, J. Norby, and J. M. Heritier, Opt. Eng. 37, 2205 (1998).
[CrossRef]

Gord, J. R.

Gordon, R. L.

B. Böhm, C. Heeger, R. L. Gordon, and A. Dreizler, Turbulence and Combustion 86, 313 (2011).
[CrossRef]

Grace, J. M.

J. M. Grace, P. E. Nebolsine, C. L. Goldey, G. Chahal, J. Norby, and J. M. Heritier, Opt. Eng. 37, 2205 (1998).
[CrossRef]

Heeger, C.

B. Böhm, C. Heeger, R. L. Gordon, and A. Dreizler, Turbulence and Combustion 86, 313 (2011).
[CrossRef]

Heritier, J. M.

J. M. Grace, P. E. Nebolsine, C. L. Goldey, G. Chahal, J. Norby, and J. M. Heritier, Opt. Eng. 37, 2205 (1998).
[CrossRef]

Hult, J.

C. F. Kaminski, J. Hult, and M. Alden, Appl. Phys. B 68, 757 (1999).
[CrossRef]

Hunt, J. T.

Ivey, C. B.

Jiang, N.

K. N. Gabet, R. A. Patton, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 106, 569 (2012).
[CrossRef]

R. A. Patton, K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B (2012).
[CrossRef]

R. A. Patton, K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 106, 457 (2012).
[CrossRef]

N. Jiang, R. A. Patton, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Proc. Combust. Inst. 33, 767 (2011).
[CrossRef]

N. Jiang, M. Webster, W. R. Lempert, J. D. Miller, T. R. Meyer, C. B. Ivey, and P. M. Danehy, Appl. Opt. 50, A20 (2011).
[CrossRef]

K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 101, 1 (2010).
[CrossRef]

J. D. Miller, M. Slipchenko, T. R. Meyer, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. R. Gord, Opt. Lett. 34, 1309 (2009).
[CrossRef]

N. Jiang, M. C. Webster, and W. R. Lempert, Appl. Opt. 48, B23 (2009).
[CrossRef]

N. Jiang, W. R. Lempert, G. L. Switzer, T. R. Meyer, and J. R. Gord, Appl. Opt. 47, 64 (2008).
[CrossRef]

B. Thurow, N. Jiang, M. Samimy, and W. R. Lempert, Appl. Opt. 43, 5064 (2004).
[CrossRef]

Kaminski, C. F.

C. F. Kaminski, J. Hult, and M. Alden, Appl. Phys. B 68, 757 (1999).
[CrossRef]

Karpetis, A. N.

A. N. Karpetis and R. S. Barlow, Proc. Combust. Inst. 29, 1929 (2002).
[CrossRef]

Lempert, W. R.

K. N. Gabet, R. A. Patton, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 106, 569 (2012).
[CrossRef]

R. A. Patton, K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 106, 457 (2012).
[CrossRef]

R. A. Patton, K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B (2012).
[CrossRef]

N. Jiang, M. Webster, W. R. Lempert, J. D. Miller, T. R. Meyer, C. B. Ivey, and P. M. Danehy, Appl. Opt. 50, A20 (2011).
[CrossRef]

N. Jiang, R. A. Patton, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Proc. Combust. Inst. 33, 767 (2011).
[CrossRef]

K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 101, 1 (2010).
[CrossRef]

J. D. Miller, M. Slipchenko, T. R. Meyer, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. R. Gord, Opt. Lett. 34, 1309 (2009).
[CrossRef]

N. Jiang, M. C. Webster, and W. R. Lempert, Appl. Opt. 48, B23 (2009).
[CrossRef]

N. Jiang, W. R. Lempert, G. L. Switzer, T. R. Meyer, and J. R. Gord, Appl. Opt. 47, 64 (2008).
[CrossRef]

B. Thurow, N. Jiang, M. Samimy, and W. R. Lempert, Appl. Opt. 43, 5064 (2004).
[CrossRef]

P. F. Wu, W. R. Lempert, and R. B. Miles, AIAA J. 38, 672 (2000).
[CrossRef]

Lynch, K.

Meier, W.

W. Meier, R. S. Barlow, Y. L. Chen, and J. Y. Chen, Combust. Flame 123, 326 (2000).
[CrossRef]

Meyer, T. R.

Miles, R. B.

P. F. Wu, W. R. Lempert, and R. B. Miles, AIAA J. 38, 672 (2000).
[CrossRef]

Miller, J. D.

Nebolsine, P. E.

J. M. Grace, P. E. Nebolsine, C. L. Goldey, G. Chahal, J. Norby, and J. M. Heritier, Opt. Eng. 37, 2205 (1998).
[CrossRef]

Norby, J.

J. M. Grace, P. E. Nebolsine, C. L. Goldey, G. Chahal, J. Norby, and J. M. Heritier, Opt. Eng. 37, 2205 (1998).
[CrossRef]

Patton, R. A.

K. N. Gabet, R. A. Patton, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 106, 569 (2012).
[CrossRef]

R. A. Patton, K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 106, 457 (2012).
[CrossRef]

R. A. Patton, K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B (2012).
[CrossRef]

N. Jiang, R. A. Patton, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Proc. Combust. Inst. 33, 767 (2011).
[CrossRef]

Renard, P. A.

Roy, S.

Samimy, M.

Satija, A.

Simmons, W. W.

Slipchenko, M.

Slipchenko, M. N.

Sutton, J. A.

K. N. Gabet, R. A. Patton, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 106, 569 (2012).
[CrossRef]

R. A. Patton, K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B (2012).
[CrossRef]

R. A. Patton, K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 106, 457 (2012).
[CrossRef]

N. Jiang, R. A. Patton, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Proc. Combust. Inst. 33, 767 (2011).
[CrossRef]

K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 101, 1 (2010).
[CrossRef]

Switzer, G. L.

Thurow, B.

Thurow, B. S.

Webster, M.

Webster, M. C.

Wu, P. F.

P. F. Wu, W. R. Lempert, and R. B. Miles, AIAA J. 38, 672 (2000).
[CrossRef]

AIAA J. (1)

P. F. Wu, W. R. Lempert, and R. B. Miles, AIAA J. 38, 672 (2000).
[CrossRef]

Appl. Opt. (6)

Appl. Phys. B (5)

C. F. Kaminski, J. Hult, and M. Alden, Appl. Phys. B 68, 757 (1999).
[CrossRef]

K. N. Gabet, R. A. Patton, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 106, 569 (2012).
[CrossRef]

K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 101, 1 (2010).
[CrossRef]

R. A. Patton, K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B 106, 457 (2012).
[CrossRef]

R. A. Patton, K. N. Gabet, N. Jiang, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Appl. Phys. B (2012).
[CrossRef]

Combust. Flame (1)

W. Meier, R. S. Barlow, Y. L. Chen, and J. Y. Chen, Combust. Flame 123, 326 (2000).
[CrossRef]

Opt. Eng. (1)

J. M. Grace, P. E. Nebolsine, C. L. Goldey, G. Chahal, J. Norby, and J. M. Heritier, Opt. Eng. 37, 2205 (1998).
[CrossRef]

Opt. Lett. (2)

Proc. Combust. Inst. (2)

N. Jiang, R. A. Patton, W. R. Lempert, and J. A. Sutton, Proc. Combust. Inst. 33, 767 (2011).
[CrossRef]

A. N. Karpetis and R. S. Barlow, Proc. Combust. Inst. 29, 1929 (2002).
[CrossRef]

Turbulence and Combustion (1)

B. Böhm, C. Heeger, R. L. Gordon, and A. Dreizler, Turbulence and Combustion 86, 313 (2011).
[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 (4)

Fig. 1.
Fig. 1.

Schematic of new high-energy, pulse-burst laser system (HEPBLS). PO, pulsed oscillator; OI, optical isolator; M, mirror; SL, spherical lens; DP, diamond pinhole; PBS, polarizing beam splitter cube; QWP, quarter-waveplate; HWP, half-waveplate; BD, beam dump; PCM, phase conjugate mirror; BS, beamspliter; VSF, vacuum spatial filter; QR, 90° quartz rotator. The dashed line connects the endpoints of a single relay image pathway.

Fig. 2.
Fig. 2.

Average 1064 nm pulse energy as function of burst duration. Repetition rate is fixed at 10 kHz. Also shown are previously attainable pulse energies for short, 1 ms bursts [11] and long-duration bursts [18].

Fig. 3.
Fig. 3.

Example pulse-burst intensity trace and pulse energy distribution within a single 10 ms burst. The standard deviation of the energy fluctuation is <5%.

Fig. 4.
Fig. 4.

SHG (532 nm) conversion as a function of fundamental (1064 nm) energy input.

Metrics