STABILIZATION OF FEMTOSECOND PULSE GENERATION IN A LASER WITH PASSIVE MODE SYNCHRONIZATION ON A Mg2SiO4:Cr4+ CRYSTAL DUE TO SPECTRAL UNLOADING OF THE RESONATOR INTO KELLY SIDE COMPONENTS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Increasing the efficiency and stability of femtosecond pulses generation in solid-state lasers has great significance for technological processes. At the same time, there is a need for research into a number of physical issues. The variable action of the instantaneous Kerr nonlinearity in the crystal, necessary for passive mode locking of the resonator, and the dispersion of the prisms, providing generation of ultrashort pulses, inevitably leads to regular perturbation of the shape of the generated pulses. In our work, we study the loss transformation regimes in a passive mode locking femtosecond laser pulses oscillator on a Mg2SiO4:Cr4+ crystal (chromium-forsterite) when the intracavity peak field power of the order of 2 MW, close to the critical self-focusing power. Analysis of the spectra and pulse durations in various parts of the cavity shows that the quasi-soliton pulse generation regime with the maximum peak power for the laser is supported by removing excess energy from the cavity through the generation of spectral Kelly sidebands and broadening the pulse spectrum beyond the gain of the active medium. A strong broadening of the pulse spectrum in the crystal upsets the balance of dispersive and nonlinear phase shifts and leads to deformation of the generated pulse shape. Additional passive losses arising due to nonlinear transformation in the crystal significantly reduce the efficiency of laser generation and limit peak power of the pulses.

About the authors

A. A. Ivanov

Photochemistry center, FSRC “Crystallography and Photonics” RAS; Lomonosov Moscow State University; Russian Quantum Center

Email: a.b.fedotov@physics.msu.ru
Russian Federation, Moscow 119333; Moscow 119991; Skolkovo 143025, Moscow Region

A. A. Lanin

Lomonosov Moscow State University; Russian Quantum Center

Email: a.b.fedotov@physics.msu.ru
Russian Federation, 119991, Moscow ; 143025, Skolkovo, Moscow Region

A. A. Voronin

Lomonosov Moscow State University; Russian Quantum Center

Email: a.b.fedotov@physics.msu.ru
Russian Federation, 119991, Moscow; 143025, Skolkovo, Moscow Region

E. V. Zharikov

Prokhorov General Physics Institute of RAS

Email: a.b.fedotov@physics.msu.ru
Russian Federation, 119991, Moscow

A. B. Fedotov

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: a.b.fedotov@physics.msu.ru
Russian Federation, 119991, Moscow

References

  1. M. D. Perry and G. Mourou, Science 264, 917 (1994).
  2. C. N. Danson, C. Haefner, J. Bromage, T. Butcher, J.-C. F. Chanteloup, E. A. Chowdhury, A.Galvanauskas, L. A. Gizzi, J. Hein, and D. I.Hillier, High Power Laser Science and Engin. 7, e54 (2019).
  3. R. R. Gattass and E. Mazur, Nature Photonics 2, 219 (2008).
  4. T. Steinmetz, T. Wilken, C. Araujo-Hauck, R.Holzwarth, T. W. Hansch, L. Pasquini, A.Manescau, S. D’odorico, M. T. Murphy, and T. Kentischer, Science 321, 1335 (2008).
  5. T. Udem, R. Holzwarth, and T. W. H¨ansch, Nature 416, 233 (2002).
  6. W. R. Zipfel, R. M. Williams, and W. W. Webb, Nat. Biotech. 21, 1369 (2003).
  7. S. Yue, M. N. Slipchenko, and J.-X. Cheng, Laser & Photonics Rev. 5, 496 (2011).
  8. M.-R. Tsai, S.-Y. Chen, D.-B. Shieh, P.-J. Lou, and C.-K. Sun, Biomed. Opt. Express 2, 2317 (2011).
  9. M. Blokker, P. C. de W. Hamer, P. Wesseling, M. L.Groot, and M. Veta, Sci. Rep. 12, 11334 (2022).
  10. S. You, H. Tu, E. J. Chaney, Y. Sun, Y. Zhao, A. J.Bower, Y.-Z. Liu, M. Marjanovic, S. Sinha, and Y. Pu, Nature Commun. 9, 2125 (2018).
  11. A. A. Lanin, A. S. Chebotarev, I. V. Kelmanson, M. S. Pochechuev, E. S. Fetisova, D. S. Bilan, E.K. Shevchenko, A. A. Ivanov, A. B. Fedotov, and V. V. Belousov, J. Phys.: Photonics 3, 044001 (2021).
  12. V. Petriˇcevi´c, S. K. Gayen, R. R. Alfano, K.Yamagishi, H. Anzai, and Y. Yamaguchi, Appl. Phys. Lett. 52, 1040 (1988).
  13. S.-W. Chu, I.-H. Chen, T.-M. Liu, P. C. Chen, C.-K. Sun, and B.-L. Lin, Opt. Lett. 26, 1909 (2001).
  14. C.-K. Sun, S.-W. Chu, S.-Y. Chen, T.-H. Tsai, T.-M. Liu, C.-Y. Lin, and H.-J. Tsai, J. Struct. Biol. 147, 19 (2004).
  15. L. V. Doronina-Amitonova, A. A. Lanin, O. I. Ivashkina, M. A. Zots, A. B. Fedotov, K.V.Anokhin, and A. M. Zheltikov, Appl. Phys. Lett. 99, 231109 (2011).
  16. M. S. Pochechuev, A. A. Lanin, I. V. Kelmanson, D. S. Bilan, D. A. Kotova, A. S. Chebotarev, V.Tarabykin, A. B. Fedotov, V. V. Belousov, and A.M. Zheltikov, Opt. Lett. 44, 31669 (2019).
  17. T. Wang and C. Xu, Optica 7, 947 (2020).
  18. A. A. Lanin, A. S. Chebotarev, M. S. Pochechuev, I. V. Kelmanson, D. A. Kotova, D. S. Bilan, Y. G. Ermakova, A. B. Fedotov, A. A. Ivanov, V. V. Belousov, and A. M. Zheltikov, J. Biophotonics 13, e201900243 (2020).
  19. A. A. Lanin, M. S. Pochechuev, A. S. Chebotarev, I. V. Kelmanson, D. S. Bilan, D. A. Kotova, V. S. Tarabykin, A. A. Ivanov, A. B. Fedotov, V. V. Belousov, and A. M. Zheltikov, Opt. Lett. 45, 836 (2020).
  20. A. A. Lanin, A. S. Chebotarev, M. S. Pochechuev, I. V. Kelmanson, D. A. Kotova, D. S. Bilan, A. A. Ivanov, A. S. Panova, V. S. Tarabykin, A. B. Fedotov, V. V. Belousov, and A. M. Zheltikov, J. Raman Spectroscopy 51, 1942 (2020).
  21. P. F. Curley, Ch. Spielmann, T. Brabec, F. Krausz, E. Wintner, and A. J. Schmidt, Opt. Lett. 18, 54 (1993).
  22. S. M. J. Kelly, Electron. Lett. 28, 806 (1992).
  23. M. L. Dennis and I. N. Duling, IEEE J. Quantum Electronics 30, 1469 (1994).
  24. H. A. Haus, IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics 6, 1173 (2000).
  25. L. E. Nelson, D. J. Jones, K. Tamura, H. A. Haus, and E. P. Ippen, App. Phys. B: Lasers and Optics 65, 277 (1997).
  26. M. E. Fermann, M. J. Andrejco, M. L. Stock, Y. Silberberg, and A. M. Weiner, App. Phys. Lett. 62, 910 (1993).
  27. K. Tamura, E. P. Ippen, and H. A. Haus, IEEE Photonics Technology Lett. 6, 1433 (1994).
  28. J. Li, Y. Wang, H. Luo, Y. Liu, Z. Yan, Z. Sun, and L. Zhang, Photon. Res. PRJ 7, 103 (2019).
  29. A. A. Ivanov, A. A. Voronin, A. A. Lanin, D. A. Sidorov-Biryukov, A. B. Fedotov, and A. M. Zheltikov, Opt. Lett. 39, 205 (2014).
  30. A. A. Ivanov, G. N. Martynov, A. A. Lanin, A. B. Fedotov, and A. M. Zheltikov, Opt. Lett. 45, 1890 (2020).
  31. Springer Handbook of Lasers and Optics, ed. By F.Tr¨ager, Springer, New York (2012).
  32. Z. Burshtein and Y. Shimony, Opt. Materials 20, 87 (2002).
  33. Refractive Index of SCHOTT–SF (Dense flint)–SF14, https://refractiveindex.info
  34. S.-H. Chia, T.-M. Liu, A. A. Ivanov, A. B. Fedotov, A. M. Zheltikov, M.-R. Tsai, M.-C. Chan, C.-H. Yu, and C.-K. Sun, Opt. Express 18, 24085 (2010).
  35. H. Cankaya, S. Akturk, and A. Sennaroglu, Opt. Lett. 36, 1572 (2011).
  36. B. Chassagne, A. Ivanov, J. Oberle, G. Jonusauskas, and C. Rulliere, Opt. Commun. 141, 69 (1997).
  37. G. Cerullo, S. De Silvestri, and V. Magni, Opt. Lett. 19, 1040 (1994).
  38. T. Hirayama and M. Sheik-Bahae, Opt. Lett. 27, 860 (2002).
  39. V. Petriˇcevi´c, S. K. Gayen, and R. R. Alfano, App. Phys. Lett. 53, 2590 (1988). 206

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».