High power Nd:YAG laser for pumping of OPCPA systems

• Main Author: Adamonis, Jonas
• Other Authors: SIRUTKAITIS, VALDAS
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Lithuanian Academic Libraries Network (LABT) 2013
• Subjects: Physics; OPCPA; Nd:YAG; Pulse shaping; Pulse contrast; Impulsų gaubtinės formavimas; Impulsų kontrastas
• Online Access: http://vddb.laba.lt/fedora/get/LT-eLABa-0001:E.02~2013~D_20130925_093516-33211/DS.005.1.01.ETD

This thesis was aimed to develop, investigate and optimize high power Nd:YAG laser system for OPCPA (Optical Parametric Chirped Pulse Amplifiers) pump. The particular attention is paid for the temporal characteristics of the Nd:YAG amplifies output pulse. Employment of Fabry-Perоt etalons in the cavities of two-stage Nd:YAG regenerative amplifier enables for amplified pulse stretching from 60 fs to ~ 100 ps pulse widths. The modulation of amplified pulse envelope is minimal when ration of thickness of the etalons is around 2. Envelope modulation can be controlled by changing the reflectivity of etalons. In order to improve amplified pulse contrast, we for the first time to our knowledge implemented second order intensity dependent filter, based on the effect of fundamental pulse polarization rotation in unbalanced second harmonic generators. By using this method, the contrast of the output pulses was improved by >102 times. We also demonstrated that Gaussian pulses from the output of Nd: YAG amplifiers can be transformed into flat–top pulses by using cascade second harmonic generation processes. The developed high output energy Nd:YAG amplifiers system for OPCPA pumping is optically synchronized with pulses of Yb:KGW oscillator and features two 532 nm outputs with pulse parameters: a) Gaussian pulse profile, ~ 300 mJ energy, 75 ps pulsewidth; b) hiper- Gaussian pulse profile, ~100 mJ energy, pulse width 100-150 ps. === Disertacija yra skirta sukurti, ištirti ir optimizuoti didelės galios Nd: YAG lazerių sistemą efektyviam moduliuotos fazės signalų optinių parametrinių stiprintuvų kaupinimui. Ypatingas dėmesys yra skiriamas Nd:YAG stiprintuvų išvadinių impulsų laikinių parametrų formavimui. Pademonstravome, kad Fabry-Pero interferometrų panaudojimas Nd:YAG dvipakopio regeneracinio stiprintuvo rezonatoriuose leidžia stiprinamų impulsų trukmę padidinti nuo ~ 60 fs iki 100 ps. Tuo tarpu išvadinių impulsų laikinės plėtros mastas bei gaubtinės moduliacijos gylis gali būti valdomas keičiant etalonų atspindžio koeficientą, o jų gaubtinės moduliacijos vertė mažiausia, kai etalonų storio santykis artimas 2. Sustiprintų impulsų kontrasto gerinimui pirmą kartą pritaikėme netiesinį antros eilės filtrą, veikiantį fundamentinės spinduliuotės poliarizacijos sukimo, išderintame antros harmonikos generatoriuje, efekto pagrindu. Tokiu būdu Nd:YAG stiprintuvuose sustiprintų impulsų kontrasto vertė pagerinta apie 102 kartų. Taip pat pademonstruota, kad Nd: YAG stiprinimo sistemos išėjime naudojant pakopinius antros harmonikos generacijos procesus, Gauso formos impulsus galima transformuoti į hipergauso impulsus. Sukurta didelės išvadinės energijos pikosekundinė Nd:YAG stiprintuvų sistema yra optiškai sinchronizuota su užduodančio femtosekundinio Yb:KGW osciliatoriaus impulsais ir turi ~ 300 mJ , 75 ps trukmės Gauso impulsų bei 100 mJ, > 100 ps trukmės hipergauso laikinės formos impulsų išvadus.