Waveguide-saturable absorber fabricated by femtosecond pulses in YAG:Cr4+ crystal for Q-switched operation of Yb-fiber laser

A waveguide-saturable absorber with low propagation loss is fabricated by femtosecond pulses in YAG:Cr4+ crystal. Q-switch operation of a Yb fiber laser with the new saturable absorber having absorption saturation parameters similar to the bulk YAG:Cr4+ crystal is demonstrated.

Surface morphology and structural modification induced by femtosecond pulses in hydrogenated amorphous silicon films

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Enhancement of laser induced Au nanoparticle formation by femtosecond pulse shaping

We report the control of Au nanoparticle (NP) formation by using shaped 30 fs pulses, in a solution containing HAuCl4 and chitosan. By using a sinusoidal spectral phase, a periodic train of pulses is generated. When the period of the pulse train matches certain Raman resonances of chitosan, the reducing agent of the process, an enhancement of the Au NP formation is observed. Theoretical quantum chemical calculations indicate that the outer groups of the chitosan are mostly influenced by low Raman frequencies, which is in reasonably agreement with the experimental data and indicates an enhancement in the Au NP formation as the pulse train period increases (low frequency).

Flat-top supercontinuum and tunable femtosecond fiber laser sources at 1.9-2.5 μm

We report the high-energy flat-top supercontinuum covering the mid-infrared wavelength range of 1.9-2.5 μm as well as electronically tunable femtosecond pulses between 1.98-2.22 μm directly from the thulium-doped fiber laser amplifier. Comparison of experimental results with numerical simulations confirms that both sources employ the same nonlinear optical mechanism - Raman soliton frequency shift occurring inside the Tm-fiber amplifier. To illustrate that, we investigate two versions of the compact diode-pumped SESAM mode-locked femtosecond thulium-doped all-silica-fiber-based laser system providing either broadband supercontinuum or tunable Raman soliton output, depending on the parameters of the system. The first system operates in the Raman soliton regime providing femtosecond pulses tunable between 1.98-2.22 μm. Wide and continuous spectral tunability over 240 nm was realized by changing only the amplifier pump diode current. The second system generates high-energy supercontinuum with the superior spectral flatness of better than 1 dB covering the wavelength range of 1.9-2.5 μm, with the total output energy as high as 0.284 μJ, the average power of 2.1 W at 7.5 MHz repetition rate. We simulate the amplifier operation in the Raman soliton self-frequency shift regime and discuss the role of induced Raman scattering in supercontinuum formation inside the fiber amplifier. We compare this system with a more traditional 1.85-2.53 μm supercontinuum source in the external highly-nonlinear commercial chalcogenide fiber using the Raman soliton MOPA as an excitation source. The reported systems1 can be readily applied to a number of industrial applications in the mid-IR, including sensing, stand-off detection, medical surgery and fine material processing.

Growth and magnetic characterization of Co nanoparticles obtained by femtosecond pulsed laser deposition.

We present a detailed study on the morphology and magnetic properties of Co nanostructures deposited onto oxidized Si substrates by femtosecond pulsed laser deposition. Generally, Co disks of nanometric dimensions are obtained just above the ablation threshold, with a size distribution characterized by an increasingly larger number of disks as their size diminishes, and with a maximum disk size that depends on the laser power density. In Au/Co/Au structures, in-plane magnetic anisotropy is observed in all cases, with no indication of superparamagnetism regardless of the amount of material or the laser power density. Magnetic force microscopy observations show coexistence of single-domain and vortex states for the magnetic domain structure of the disks. Superconducting quantum interference device magnetometry and x-ray magnetic circular dichroism measurements point to saturation magnetization values lower than the bulk, probably due to partial oxidation of the Co resulting from incomplete coverage by the Au capping layer.

Femtosecond real-time probing of reactions. 12. Vectorial dynamics of transition states

Femtosecond time-resolved techniques with KETOF (kinetic energy time-of-flight) detection in a molecular beam are developed for studies of the vectorial dynamics of transition states. Application to the dissociation reaction of IHgI is presented. For this system, the complex [I---Hg---I](++)* is unstable and, through the symmetric and asymmetric stretch motions, yields different product fragments: [I---Hg---I](++)* -> HgI(X^2/sigma^+) + I(^2P_3/2) [or I*(^2P_l/2)] (1a); [I---Hg---I](++)* -> Hg(^1S_0) + I(^2P_3/2) + I(^2P_3/2) [or I* (^2P_1/2)] (1 b). These two channels, (1a) and (1b), lead to different kinetic energy distributions in the products. It is shown that the motion of the wave packet in the transition-state region can be observed by MPI mass detection; the transient time ranges from 120 to 300 fs depending on the available energy. With polarized pulses, the vectorial properties (transition moments alignment relative to recoil direction) are studied for fragment separations on the femtosecond time scale. The results indicate the nature of the structure (symmetry properties) and the correlation to final products. For 311-nm excitation, no evidence of crossing between the I and I* potentials is found at the internuclear separations studied. (Results for 287-nm excitation are also presented.) Molecular dynamics simulations and studies by laser-induced fluorescence support these findings.

Excitation of Phonons in Solids and Nanostructures by Intense Laser and XUV Pulses and by Low Energy Atomic Collision

Intensive, ultrakurze Laserpulse regen Festkörper in einen Zustand an, in dem die Elektronen hohe Temperaturen erlangen, während das Gitter kalt bleibt. Die heißen Elektronen beeinflussen das sog. Laser-angeregte interatomare Potential bzw. die Potentialenergiefläche, auf der die Ionen sich bewegen. Dieses kann neben anderen ultrakurzen Prozessen zu Änderungen der Phononfrequenzen (phonon softening oder phonon hardening) führen. Viele ultrakurze strukturelle Phänomene in Festkörpern hängen bei hohen Laseranregungen von Änderungen der Phononfrequenzen bei niedrigeren Anregungen ab. Um die Laser-bedingten Änderungen des Phononenspektrums von Festkörpern beschreiben zu können, haben wir ein auf Temperatur-abhängiger Dichtefunktionaltheorie basierendes Verfahren entwickelt. Die dramatischen Änderungen nach einer Laseranregung in der Potentialenergiefläche werden durch die starke Veränderung der Zustandsdichte und der Besetzungen der Elektronen hervorgerufen. Diese Änderungen in der Zustandsdichte und den Besetzungszahlen können wir mit unserer Methode berechnen, um dann damit das Verhalten der Phononen nach einer Laseranregung zu analysieren. Auf diese Art und Weise studierten wir den Einfluss einer Anregung mit einem intensiven, ultrakurzen Laserpuls auf repräsentative Phonon Eigenmoden in Magnesium, Kupfer und Aluminium. Wir stellten dabei in manchen Gitterschwingungen entweder eine Abnahme (softening) und in anderen eine Zunahme (hardening) der Eigenfrequenz fest. Manche Moden zeigten bei Variation der Laseranregungsstärke sogar beide Verhaltensweisen. Das eine Phonon-Eigenmode ein hardening und softening zeigen kann, wird durch das Vorhandensein von van Hove Singularitäten in der elektronischen Zustandsdichte des betrachteten Materials erklärt. Für diesen Fall stellt unser Verfahren zusammen mit der Sommerfeld-Entwicklung die Eigenschaften der Festkörper Vibrationen in Verbindung mit den Laser induzierten Veränderungen in den elektronischen Besetzungen für verschiedene Phonon-eingefrorene Atomkonfigurationen. Auch die absolute Größe des softening und hardening wurde berechnet. Wir nehmen an, dass unsere Theorie Licht in die Effekte der Laseranregung von verschiedenen Materialien bringt. Außerdem studierten wir mit Hilfe von Dichtefunktionaltheorie die strukturellen Material-Eigenschaften, die durch kurze XUV Pulse induziert werden. Warme dichte Materie in Ultrakurzpuls angeregten Magnesium wurde analysiert und verglichen mit den Ergebnissen bei durch Laser Anregung bedingten Änderungen. Unter Verwendung von elektronischer-Temperatur-abhängiger Dichtefunktionaltheorie wurden die Änderungen in den Bindungseigenschaften von warmen dichten Magnesium studiert. Wir stellten dabei beide Effekte, Verstärkung und Abschwächung von Bindungen, bei jeweils verschiedenen Phonon Eigenmoden von Magnesium auf Grund von der Erzeugung von Rumpflöchern und dem Vorhandensein von heißen Elektronen fest. Die zusätzliche Erzeugung von heißen Elektronen führt zu einer Änderung der Bindungscharakteristik, die der Änderung, die durch die bereits vorhandenen Rumpflöcher hervorgerufen wurde, entgegen wirkt. Die thermischen Eigenschaften von Nanostrukturen sind teilweise sehr wichtig für elektronische Bauteile. Wir studierten hier ebenfalls den Effekt einer einzelnen Graphen Lage auf Kupfer. Dazu untersuchten wir mit Dichtefunktionaltheorie die strukturellen- und Schwingungseigenschaften von Graphen auf einem Kupfer Substrat. Wir zeigen, dass die schwache Wechselwirkung zwischen Graphen und Kupfer die Frequenz der aus der Ebene gerichteten akustischen Phonon Eigenmode anhebt und die Entartung zwischen den aus der Ebene gerichteten akustischen und optischen Phononen im K-Punkt des Graphen Spektrums aufhebt. Zusätzlich führten wir ab initio Berechnungen zur inelastischen Streuung eines Helium Atoms mit Graphen auf einem Kuper(111) Substrat durch. Wir berechneten dazu das Leistungsspektrum, das uns eine Idee über die verschiedenen Gitterschwingungen des Graphene-Kuper(111) Systems gibt, die durch die Kollision des Helium Atom angeregt werden. Wir brachten die Positionen der Peaks im Leistungsspektrum mit den Phonon Eigenfrequenzen, die wir aus den statischen Rechnungen erhalten haben, in Beziehung. Unsere Ergebnisse werden auch verglichen mit den Ergebnissen experimenteller Daten zur Helium Streuung an Graphen-Kupfer(111) Oberflächen.

Femtosecond nonlinear optical properties of lead-germanium oxide amorphous films

The nonlinear (NL) response of lead-germanium oxide amorphous films was investigated using a Ti:saphire laser delivering pulses of approximate to 150 fs at 800 nm. The Kerr shutter technique was employed to reveal the time response of the nonlinearity that is smaller than 150 fs. The sign and magnitude of the nonlinearity were obtained using a novel technique called thermally managed eclipse Z scan which allows the simultaneous characterization of cumulative and noncumulative NL effects. The NL refractive index of electronic origin, n(2)approximate to 2x10(-17) m(2)/W, and the NL absorption coefficient, alpha(2)approximate to 3x10(3) cm/GW, were determined. (c) 2007 American Institute of Physics.

Study of the most suitable new glass laser to incorporate ytterbium: alkali niobium tellurite, lead fluorborate or heavy metal oxide

Diode-pumped Yb-doped glass lasers have received considerable attention for applications such as high-power beam production or femtosecond pulses generation. In this paper, we evaluate the laser potential of three different glass families doped with Yb3+ : alkali lead fluorborate (PbO-PbF2-B2O3), heavy metal oxide (Bi2O3-PbO-Ga2O3) and niobium tellurite (TeO2-Nb2O5-K2O-Li2O). Spectroscopic properties were studied for the samples and calculations of the minimum laser pump intensity (I-min), saturation fluence (U-sat) and the theoretical limit of peak power (P-max) are also presented. A comparison of laser properties of these three different glasses and their importance is shown and analyzed. (C) 2002 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Bloche-Maxwell treatment of amplification of high harmonic seed in soft x-ray laser amplifiers in both direct and chirped amplifications

Seeding plasma-based softx-raylaser (SXRL) demonstrated diffraction-limited, fully coherent in space and in time beam but with energy not exceeding 1 μJ per pulse. Quasi-steady-state (QSS) plasmas demonstrated to be able to store high amount of energy and then amplify incoherent SXRL up to several mJ. Using 1D time-dependant Bloch–Maxwell model including amplification of noise, we demonstrated that femtosecond HHG cannot be efficiently amplified in QSS plasmas. However, using Chirped Pulse Amplification concept on HHG seed allows to extract most of the stored energy, reaching up to 5 mJ in fully coherent pulses that can be compressed down to 130 fs.