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Efficient coherent XUV light source based on high harmonic generation inside an ultrafast thin-disk laser

English title Efficient coherent XUV light source based on high harmonic generation inside an ultrafast thin-disk laser
Applicant Südmeyer Thomas
Number 200774
Funding scheme Project funding
Research institution Laboratoire Temps-Fréquence Université de Neuchâtel
Institution of higher education University of Neuchatel - NE
Main discipline Other disciplines of Physics
Start/End 01.04.2021 - 31.03.2024
Approved amount 896'939.00
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Keywords (13)

Optical frequency comb; Low noise lasers; Power scaling; Ultra-narrow linewidth; XUV generation; Noise and stabilization; XUV frequency combs; Ultrafast lasers; Thin disk lasers; Carrier-offset stablization; High harmonic generation; Metrology; Diode-pumped solid-state lasers

Lay Summary (German)

Lead
Kohärente extrem ultraviolette (XUV) Lichtquellen eröffnen zahlreiche Möglichkeiten für Wissenschaft und Technik. Die Generation hoher harmonischer (HHG) Frequenzen in Gasen mit Femtosekundenlasern ist die erfolgreichste Methode zur kohärenten XUV Erzeugung mit kompakten Systemen. Während sich die ersten HHG-Systeme auf niedrige Repetitionsraten beschränkten, gab es in den letzten Jahren starke Forschungsaktivitäten im Bereich von MHz-Systemen. Hohe Wiederholraten können die Messzeiten stark verkürzen, das Signal-Rausch-Verhältnis verbessern und eine präzise XUV-Frequenzkamm-Messtechnik ermöglichen.
Lay summary

In diesem Forschungsprojekt wollen wir unsere Studien zur XUV-Erzeugung mittels HHG in ultraschnellen Scheibenlasern (TDLs)  fortsetzen. HHG im Resonator eines ultraschnellen Thin Disk Lasers (TDLs) ist ein leistungsskalierbarer Ansatz, wie wir kürzlich erfolgreich demonstriert haben. Die meisten bahnbrechenden Ergebnisse in der Physik von ultrakurzen Pulsen und deren Wechselwirkungen mit Materie sind untrennbar mit der erfolgreichen Entwicklung modernster Lasersysteme verbunden. Diejenigen, die Zugang zu Systemen im Frühstadium hatten, waren oft die ersten, die neue und bahnbrechende physikalische Experimente durchführen konnten. Die Ausnutzung der wissenschaftlichen Möglichkeiten der resultierenden kohärenten XUV-Lichtquelle in der Bildgebung und Spektroskopie ist der abschliessende Teil dieses Projekts. Wir wollen eine sehr schnelle Messzeit für Coherent Diffraction Imaging (CDI) erreichen und eine erste Abschätzung des Rauschens und der Linienbreite des erzeugten XUV-Kamms liefern.

Direct link to Lay Summary Last update: 30.03.2021

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
198176 High Precision Optical Metrology of Mid-Infrared Coatings deposited by Ion Beam Sputtering (IBS) 01.12.2020 R'EQUIP
188456 Novel directions for characterization and stabilization of the carrier envelope offset frequency 01.10.2019 Project funding
179146 New frontiers in ultrafast high-power laser oscillators 01.04.2018 Project funding
176584 High-resolution QCL frequency comb spectrometer for the detection of trace gases and their isotopes 01.05.2018 Bridge - Discovery

Abstract

Coherent extreme ultraviolet (XUV) light sources open up numerous opportunities for science and technology. Femtosecond laser-driven high harmonic generation (HHG) in gases is the most successful method for coherent table-top XUV generation. While initial HHG systems were limited to low repetition rates, the last years have seen a strong research effort on MHz systems. High repetition rates can strongly reduce measurement times, improve signal-to-noise ratio, and enable precision XUV frequency comb metrology. In this follow-up SNSF proposal, we want to continue our studies on HHG directly driven inside ultrafast laser oscillators. We expect to improve the understanding of diode-pumped femtosecond laser oscillators and intracavity HHG, thereby providing several new systems with high impact. Due to the power-scalability of the thin disk concept, we expect that this new class of compact XUV sources will become a versatile tool for areas such as structural analysis of matter, attosecond science, XUV spectroscopy, and high-resolution imaging.
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