Korean Journal of Optics and Photonics (한국광학회지)

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Kilohertz Gain-Switched Ti:sapphire Laser Operation and Femtosecond Chirped-Pulse Regenerative Amplification

KHz 반복률에서의 Ti:sapphire 이득 스위칭 레이저 발진과 펨토초 처프펄스 재생 증폭

  • Lee, Yong-In (Division of Energy Systems Research, Ajou University) ;
  • Ahn, Yeong-Hwan (Division of Energy Systems Research, Ajou University) ;
  • Lee, Sang-Min (Division of Energy Systems Research, Ajou University) ;
  • Seo, Min-Ah (Department of Physics, Seoul National University) ;
  • Kim, Dai-Sik (Department of Physics, Seoul National University) ;
  • Rotermund, Fabian (Division of Energy Systems Research, Ajou University)
  • 이용인 (아주대학교 에너지시스템학부) ;
  • 안영환 (아주대학교 에너지시스템학부) ;
  • 이상민 (아주대학교 에너지시스템학부) ;
  • 서민아 (서울대학교 물리학부) ;
  • 김대식 (서울대학교 물리학부) ;
  • Published : 2006.12.25
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Abstract

We present a comprehensive study of a chirped pulse Ti:sapphire regenerative amplifier system operating at 1 kHz. Main constituents of the system are described in detail. The amplifier stage was first converted to a repetition rate-tunable kHz gain-switched nanosecond Ti:sapphire laser. Operation characteristics at different repetition rates such as build-up times of laser pulses, pump power-dependent output powers and pulse durations, damage thresholds, and tunability ranges were studied. Based on the results achieved, the switching time of the Pocket's cell used and the round trip numbers in the regenerative amplifier were optimized at 1 kHz. The output pulses with a pulse width of 50fs from a home-made Ken lens mode-locked Ti:sapphire oscillator were used as seed pulses. The pulses were expanded to 120ps in a grating stretcher prior to coupling into the 3-mirror amplifier cavity. After amplification and recompression, a stable 1kHz Ti:sapphire regenerative amplifier system, which delivers 85-fs, $320-{\mu}J$ pulses, was fully constructed.

1kHz 반복률의 펨토초 펄스를 방출하는 안정된 Ti:sapphire 처프펄스 재생 증폭 시스템의 자체제작 및 최적화를 위해 시스템을 구성하는 각 요소들의 특성을 세부적으로 분석하였다. 사용된 증폭 공진기를 kHz 영역에서 반복률 변환 가능한 이득스위칭 레이저 구조로 변환하여 펄스 생성시간, 펌프출력에 따른 방출출력 특성 및 파괴여부, 펄스의 길이 및 파장가변 영역 등의 다양한 발진특성을 측정 분석하고, 이 결과를 기반으로 증폭 공진기를 설계하였으며, 내부에 설치된 포켈셀의 작동시간, 증폭 시 펄스의 공진횟수 등을 고려하여 증폭단을 최적화하였다. 증폭기의 종자펄스로는 자체제작된 커 렌즈 모드잠금 Ti:sapphire 레이저로부터 방출되는 50fs 펄스가 사용되었다. 종자펄스는 3개의 거울로 구성된 재생 증폭공진기에 입사되기 전에 펄스늘림기를 통해 120ps로 확대되었으며, 증폭 후 펄스길이의 재압축을 통해 815nm 영역에서 85fs, $320{\mu}J$의 극초단 펄스를 방출하는 1kHz 처프펄스 재생 증폭기를 제작하였다.

Keywords

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