Drift and noise of the carrier-envelope phase in a Ti:sapphire amplifier

We report on the drift and noise measurement of the carrier- envelope phase (CEP) of ultrashort pulses in a three-pass Ti:sapphire-based amplifier. Spectrally and spatially resolved interferometry makes it possible to investigate the absolute CEP changes due exclusively to the amplifier, that is, entirely separated from the incidental phase fluctuations of the oscillator. We found that propagation through the amplifier crystal could result in an increase up to 30 mrad noise depending on the repetition rate, cooling, and pumping conditions. Most of this noise is related to mechanical vibrations and thermal instabilities. The absolute CEP drift of thermal origin can be as large as 11 mrad/degrees C for each mm of the amplifier crystal, originating from inefficient heat conduction during the absorption of pump pulses. The noise of the thermal CEP drift is inversely proportional to the repetition rate, as was shown experimentally and proven by simulations

Highly efficient, cascaded extraction optical parametric amplifier

The scheme of cascaded extraction optical parametric amplifier (CE-OPA) has been proposed as a final amplifier for high peak power laser systems. 4D numerical simulations show that conversion efficiency of a CE-OPA system pumped with a temporal Gaussian pump pulse is as close to the theoretical limit of quantum efficiency as a conventional OPA pumped with temporal flat-top pump pulse. The CE-OPA system is also similar to the conventional scheme in output energy stability and alignment sensitivity of the phase-matching angles, too. However, with the use of the CE-OPA scheme, the requirement of pump pulse shaping can be relaxed, leading to an overall higher plug in efficiency as well as compact design. (C) 2018 Optical Society of America under the terms of the OSA Open Access Publishing Agreemen

Design of a thin disk amplifier with extraction during pumping for high peak and average power Ti:Sa systems (EDP-TD)

Combination of the scheme of extraction during pumping (EDP) and the Thin Disk (TD) technology is presented to overcome the limitations associated with thermal cooling of crystal and transverse amplified spontaneous emission in high average power laser systems based on Ti: Sa amplifiers. The optimized design of high repetition rate 1-10 PW Ti: Sapphire EDP-TD power amplifiers are discussed, including their thermal dynamic behavior. (C) 2016 Optical Society of Americ

Nemlineáris és femtoszekundumos optika = Nonlinear and femtosecond optics

Az ultrarövid, 100 fs hosszú fényimpulzusokat előállító lézerek 90-es évek elején, a 10 fs és rövidebb impulzusú lézerek a 90-es évek második felében kezdődött, napjainkban is gyorsuló elterjedésével egyre nő az érdeklődés az anyagok lineáris illetve nemlineáris optikai tulajdonságainak minél teljesebb ismerete iránt. A pályázat keretein belül végrehajtott kutatások jelentős része különböző nemlineáris optikai kísérleteken alapul, a kétfotonos abszorpciós együttható mérésétől kezdve a porcelánok roncsolási tartományának megállapításáig. Külön említést érdemel a lineáris femtoeszekundumos mérési módszer kifejlesztése illetve az annak segítségével végzett nagy pontosságú diszperziómérés és törésmutató meghatározás. A femtoszekundumos fényforrásokkal és mérésekkel kapcsolatosan végzett további kutatásainkból kiemelendő az ultrarövid impulzusok hordozó-burkoló fázis csúszásának (CEP csúszás) mérésére kidolgozott egyedülállóan új, lineáris eljárás. A kutatás során a pályázatban eredetileg 6-10 referált folyóiratbeli cikk valamint hazai és nemzetközi konferenciákon összesen 8-12 konferencia-anyag tervezett elkészítésével szemben ténylegesen 12 referált folyóriatbeli cikket jelentettünk meg, valamint 24 konferenciaanyagot mutattunk be. Ezen túl számtalan (O)TDK dolgozat, három diplomamunka valamint egy PhD disszertáció készült el. | Ultrafast lasers with pulse duration of 100 fs are developed in the early 90's, while lasers with pulse duration 10 fs in the second half of the 90's; in our days, the ever spreading interest for the linear and non-linear optical properties of materials is increasing fast. The significant part of the research under the frame of this project is based on different non-linear optical experiments starting from the measurement of two-photon absorption coefficients even to the determination of the damage threshold of china plates. It is worth to mention the development of a linear femtosecond measurement method and the very high precision dispersion and refractive index measurement based on it. We also have to highlight from our presented researches of femtosecond light sources and measurements the method developed for the determination of the carrier-envelope phase drift (CEP drift) of ultrafast pulses, which is a fundamentally new, stand alone linear method. During our work of the project, instead the originally planned 6 to 10 refereed journal papers and 8 to 12 national and international conference proceedings, we managed to produce 12 refereed journal papers and 24 conference proceedings. Moreover, countless papers on the National Scientific Students' Associations Conference (OTDK), three diploma thesis and one PhD dissertation were completed

Ultragyors lineáris és nemlineáris optikai folyamatok makromolekulákon = Ultrafast linear and nonlinear optical processes on macromolecules

Mérőrendszerünkhöz új tükörkészletet és diszperzió szabályozó egységet fejlesztettünk ki, széles hullámhossz tartományban lehetővé téve (akár 40 fs-nál rövidebb) stabil fényimpulzusok keltését. Félvezető alapú telítődő abszorbens (SESAM) mintákon meghatároztuk a a fs-ps időtartományba eső tranziens abszorpció időállandóit. A kinetikai adatok kiértékelésére kidolgoztunk egy modellfüggetlen, nemparametrikus dekonvolúciós eljárást. Fotoszinetikus fénybegyűjtő komplexeken jellemeztük a fénykárosodást kivédő hődisszipáció ps-os kinetikáját. A fényenergia hasznosító bakteriorodopszin (bR) fehérjéből készített natív és módosított szárított mintákon megállapítottuk a gerjesztett állapot valamint az ultragyors intermedierek abszorpciókinetikai paramétereit. 10 fs időfelbontású koherens infravörös emissziós kísérletek alapján jellemeztük a bR retinál kromofórjának gerjesztése során létrejövő dipólmomentum változást, és az azt követő koherens vibrációs folyamatokat. Elsőként mutattuk ki és jellemeztük a bR mintából származó terahertzes emisszó jelenségét, megállapítva, hogy az részben a retinál molekula gerjesztett állapotú elektronmozgásából, részben pedig - a feltehetően ez által keltett - kezdeti funkcionális protonmozgásból származik. Kidolgoztunk egy kvantumelektrodinamikai leírást, melynek keretében a retinál gerjesztése során fellépő másodrendű optikai folyamatok egységesen tárgyalhatók. | A new mirror set and a dispersion control unit was developed for our measuring system, making possible to generate stable light pulses (of even shorter than 40 fs) in a wide range of wavelength. The fs-ps transient absorption time-constants of semiconductor saturable absorber mirror (SESAM) samples were determined. A model-independent nonparametric deconvolution procedure was elaborated for the analysis of the kinetic data. Photosynthetic light-harvesting complexes were characterized by their ps kinetics of heat dissipation process, protecting them from light-induced damages. The absorption kinetic parameters describing the excited state and the ultrafast intermediers in native and modified dried samples of bacteriorhodopsin (bR) protein - utilizing light energy - were determined. By coherent infrared emission experiments the dipole moment change upon the excitation of the retinal chromophore of bR, as well as the subsequent coherent vibration processes were characterized. The phenomenon of terahertz emission from a bR sample was demonstrated and characterized for the first time, showing that it originates both from the excited-state electron motion of the retinal molecule and the functional early proton movement, probably generated by the former process. A theoretical description was derived from quantum electrodynamics for a unified description of the second order optical processes occurring on the excitation of retinal