Flexible MegaWatt peak power MOPA picosecond laser system for nonlinear optics applications

In this thesis work we describe a MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) amplification system for ultrashort pulses based on Nd:YVO4 as active medium and employing the technique of pulse picking. The seeder was a femtosecond laser source operating in passive mode-locking regime through the use of a SESAM (Semiconductor Saturable Absorber Mirror) and based on Yb3+:CALGO crystal, capable of delivering pulses of duration of about 100 fs. Starting from the nJ energy level (tens of mW average power), pulses are amplified to tens of µJ (corresponding to average power of 1 W at 100 kHz repetition frequency), with pulse duration of few ps, thus reaching sufficiently high energy and peak power needed to perform nonlinear optics experiments, such as second harmonic generation, Raman generation and eventually parametric amplification.

Sistema laser MOPA ai ps e con MW di potenza di picco per applicazioni di ottica nonlineare. Nel presente lavoro di tesi viene descritto un sistema di amplificazione MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) di impulsi ultracorti che si basa su Nd:YVO4 come materiale attivo e che fa utilizzo della tecnica di pulse picking. Il seeder utilizzato è una sorgente laser al femtosecondo, funzionante in regime di mode-locking passivo tramite assorbitore saturabile SESAM (Semiconductor Saturable Absorber Mirror) e basata su cristallo di Yb3+:CALGO, in grado di fornire impulsi di durata inferiore a 100 fs. Partendo da energie dell’ordine del nJ (con potenze medie dell’ordine delle decine di mW), gli impulsi vengono amplificati fino al livello delle decine di μJ (corrispondenti a potenze medie dell’ordine di 1 W a 100 kHz di frequenza di ripetizione) con durate temporali di pochi ps, raggiungendo, pertanto, potenze di picco sufficientemente elevate per condurre esperimenti di ottica nonlineare, come generazione di seconda armonica, generazione Raman ed eventualmente amplificazione parametrica.