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Refining the Performance of mid-IR CPA Laser Systems Based on Fe-Doped Chalcogenides for Nonlinear Photonics

超短脉冲 材料科学 激光器 硫系化合物 光电子学 阿秒 半最大全宽 光学 超快激光光谱学 物理
作者
A. V. Pushkin,F. V. Potemkin
出处
期刊:Photonics [MDPI AG]
卷期号:10 (12): 1375-1375
标识
DOI:10.3390/photonics10121375
摘要

The chirped pulse amplification (CPA) systems based on transition-metal-ion-doped chalcogenide crystals are promising powerful ultrafast laser sources providing access to sub-TW laser pulses in the mid-IR region, which are highly relevant for essential scientific and technological tasks, including high-field physics and attosecond science. The only way to obtain high-peak power few-cycle pulses is through efficient laser amplification, maintaining the gain bandwidth ultrabroad. In this paper, we report on the approaches for mid-IR broadband laser pulse energy scaling and the broadening of the gain bandwidth of iron-doped chalcogenide crystals. The multi-pass chirped pulse amplification in the Fe:ZnSe crystal with 100 mJ level nanosecond optical pumping provided more than 10 mJ of output energy at 4.6 μm. The broadband amplification in the Fe:ZnS crystal in the vicinity of 3.7 μm supports a gain band of more than 300 nm (FWHM). Spectral synthesis combining Fe:ZnSe and Fe:CdSe gain media allows the increase in the gain band (~500 nm (FWHM)) compared to using a single active element, thus opening the route to direct few-cycle laser pulse generation in the prospective mid-IR spectral range. The features of the nonlinear response of carbon nanotubes in the mid-IR range are investigated, including photoinduced absorption under 4.6 μm excitation. The study intends to expand the capabilities and improve the output characteristics of high-power mid-IR laser systems.
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