We present the single-shot carrier-envelope phase (CEP) determination of a 1 Hz, multi-terawatt (TW) laser system with a setup based on spectral broadening in a hollow-core fiber and a stereographic measurement of the energy-dependent above-threshold ionization plateau. The latter is extremely sensitive to variations in CEP. As compared to the f-2f interferometers, this technique reduces the uncertainties due to the shot-to-shot intensity fluctuations, which are prevalent in the TW laser systems. The experimental results pave the way towards the investigation and control over CEP-sensitive processes at ultra-high intensities.

1.
2.
G. G.
Paulus
,
F.
Grasbon
,
H.
Walther
,
P.
Villoresi
,
M.
Nisoli
,
S.
Stagira
,
E.
Priori
, and
S.
De Silvestri
,
Nature
414
,
182
(
2001
).
3.
Baltuška
,
T.
Udem
,
M.
Uiberacker
,
M.
Hentschel
,
E.
Goulielmakis
,
C.
Gohle
,
R.
Holzwarth
,
V. S.
Yakovlev
,
A.
Scrinzi
,
T. W.
Hänsch
, and
F.
Krausz
,
Nature
421
,
611
(
2003
).
4.
M. F.
Kling
,
C.
Siedschlag
,
A. J.
Verhoef
,
J. I.
Khan
,
M.
Schultze
,
T.
Uphues
,
Y.
Ni
,
M.
Uiberacker
,
M.
Drescher
,
F.
Krausz
, and
M. J. J.
Vrakking
,
Science
312
,
246
(
2006
).
5.
T.
Rathje
,
A. M.
Sayler
,
S.
Zeng
,
P.
Wustelt
,
H.
Figger
,
B.
Esry
, and
G. G.
Paulus
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
093002
(
2013
).
6.
X.
Xie
,
K.
Doblhoff-Dier
,
S.
Roither
,
M.
Schöffler
,
D.
Kartashov
,
H.
Xu
,
T.
Rathje
,
G. G.
Paulus
,
A.
Baltuška
,
S.
Gräfe
, and
M.
Kitzler
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
243001
(
2012
).
7.
M.
Krüger
,
M.
Schenk
, and
P.
Hommelhoff
,
Nature
475
,
78
81
(
2011
).
8.
S.
Zherebtsov
,
T.
Fennel
,
J.
Plenge
,
E.
Antonsson
,
I.
Znakovskaya
,
A.
Wirth
,
O.
Herrwerth
,
F.
Süßmann
,
C.
Peltz
,
I.
Ahmad
,
S.
Trushin
,
V.
Pervak
,
S.
Karsch
,
M.
Vrakking
,
B.
Langer
,
C.
Graf
,
M.
Stockman
,
F.
Krausz
,
E.
Rühl
, and
M.
Kling
,
Nat. Phys.
7
,
656
(
2011
).
9.
A.
Schiffrin
,
T.
Paasch-Colberg
,
N.
Karpowicz
,
V.
Apalkov
,
D.
Gerster
,
S.
Mühlbrandt
,
M.
Korbman
,
J.
Reichert
,
M.
Schultze
,
S.
Holzner
,
J.
Barth
,
R.
Kienberger
,
R.
Ernstorfer
,
V.
Yakovlev
,
M.
Stockman
, and
F.
Krausz
,
Nature
493
,
70
(
2013
).
10.
G.
Sansone
,
L.
Poletto
, and
M.
Nisoli
,
Nat. Photonics
5
,
655
(
2011
).
11.
K.
Schmid
,
L.
Veisz
,
F.
Tavella
,
S.
Benavides
,
R.
Tautz
,
D.
Herrmann
,
A.
Buck
,
B.
Hidding
,
A.
Marcinkevicius
,
U.
Schramm
,
M.
Geissler
,
J.
Meyer-ter-Vehn
,
D.
Habs
, and
F.
Krausz
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
124801
(
2009
).
12.
N. I.
Shvetsov-Shilovski
,
A. M.
Sayler
,
T.
Rathje
, and
G. G.
Paulus
,
New J. Phys.
13
,
123015
(
2011
).
13.
P.
Heissler
,
R.
Hörlein
,
J.
Mikhailova
,
L.
Waldecker
,
P.
Tzallas
,
A.
Buck
,
K.
Schmid
,
C.
Sears
,
F.
Krausz
,
L.
Veisz
,
M.
Zepf
, and
G.
Tsakiris
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
235003
(
2012
).
14.
E. J.
Takahashi
,
Y.
Fu
, and
K.
Midorikawa
,
Opt. Lett.
40
,
4835
(
2015
).
15.
E.
Cunningham
,
Y.
Wu
, and
Z.
Chang
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
201108
(
2015
).
16.
T.
Rathje
,
N.
Johnson
,
M.
Möller
,
F.
Süßmann
,
D.
Adolph
,
M.
Kübel
,
R.
Kienberger
,
M.
Kling
,
G. G.
Paulus
, and
A. M.
Sayler
,
J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.
45
,
074003
(
2012
).
17.
J. M.
Glownia
,
J.
Cryan
,
J.
Andreasson
,
A.
Belkacem
,
N.
Berrah
,
C. I.
Blaga
,
C.
Bostedt
,
J.
Bozek
,
L. F.
DiMauro
,
L.
Fang
,
J.
Frisch
,
O.
Gessner
,
M.
Gühr
,
J.
Hajdu
,
M. P.
Hertlein
,
M.
Hoener
,
G.
Huang
,
O.
Kornilov
,
J. P.
Marangos
,
A. M.
March
,
B. K.
McFarland
,
H.
Merdji
,
V. S.
Petrovic
,
C.
Raman
,
D.
Ray
,
D. A.
Reis
,
M.
Trigo
,
J. L.
White
,
W.
White
,
R.
Wilcox
,
L.
Young
,
R. N.
Coffee
, and
P. H.
Bucksbaum
,
Opt. Express
18
(
17
),
17620
(
2010
).
18.
M. P.
Minitti
,
J. S.
Robinson
,
R. N.
Coffee
,
S.
Edstrom
,
S.
Gilevich
,
J. M.
Glownia
,
E.
Granados
,
P.
Hering
,
M. C.
Hoffmann
,
A.
Miahnahri
,
D.
Milathianaki
,
W.
Polzin
,
D.
Ratner
,
F.
Tavella
,
S.
Vetter
,
M.
Welch
,
W. E.
White
, and
A. R.
Fry
,
J. Synchrotron Radiat.
22
(Pt
3
),
526
(
2015
).
19.
M. B.
Schwab
,
A.
Sävert
,
O.
Jäckel
,
J.
Polz
,
M.
Schnell
,
T.
Rinck
,
L.
Veisz
,
M.
Möller
,
P.
Hansinger
,
G. G.
Paulus
, and
M. C.
Kaluza
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
191118
(
2013
).
20.
A.
Sävert
,
S.
Mangles
,
M.
Schnell
,
E.
Siminos
,
J.
Cole
,
M.
Leier
,
M.
Reuter
,
M.
Schwab
,
M.
Möller
,
K.
Poder
,
O.
Jäckel
,
G. G.
Paulus
,
C.
Spielmann
,
S.
Skupin
,
Z.
Najmudin
, and
M. C.
Kaluza
,
Phys. Rev. Lett.
115
,
055002
(
2015
).
21.
A. M.
Sayler
,
T.
Rathje
,
W.
Müller
,
C.
Kürbis
,
K.
Rühle
,
G.
Stibenz
, and
G. G.
Paulus
,
Opt. Express
19
,
4464
(
2011
).
22.
D.
Jones
,
S.
Diddams
,
J.
Ranka
,
A.
Stentz
,
R.
Windeler
,
J.
Hall
, and
S.
Cundi
,
Science
288
,
635
(
2000
).
23.
T.
Fuji
,
J.
Rauschenberger
,
A.
Apolonski
,
V. S.
Yakovlev
, and
G.
Tempea
,
Opt. Lett.
30
,
332
(
2005
).
24.
P. B.
Corkum
and
F.
Krausz
,
Nat. Phys.
3
,
381
(
2007
).
25.
G. G.
Paulus
,
W.
Becker
,
W.
Nicklich
, and
H.
Walther
,
J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.
27
,
L703
(
1994
).
26.
G. G.
Paulus
,
W.
Nicklich
,
H.
Xu
,
P.
Lambropoulos
, and
H.
Walther
,
Phys. Rev. Lett.
72
,
2851
(
1994
).
27.
G. G.
Paulus
,
F.
Lindner
,
H.
Walther
,
A.
Baltuška
,
E.
Goulielmakis
,
M.
Lezius
, and
F.
Krausz
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
253004
(
2003
).
28.
T.
Wittmann
,
B.
Horvath
,
W.
Helml
,
M.
Schätzel
,
X.
Gu
,
A.
Cavalieri
,
G. G.
Paulus
, and
R.
Kienberger
,
Nat. Phys.
5
,
357
(
2009
).
29.
A. M.
Sayler
,
T.
Rathje
,
W.
Muller
,
K.
Ruhle
,
R.
Kienberger
, and
G. G.
Paulus
,
Opt. Lett.
36
,
1
(
2011
).
30.
A. M.
Sayler
,
M.
Arbeiter
,
S.
Fasold
,
D.
Adolph
,
M.
Möller
,
D.
Hoff
,
T.
Rathje
,
B.
Fetić
,
D. B.
Milošević
,
T.
Fennel
, and
G. G.
Paulus
,
Opt. Lett.
40
,
3137
(
2015
).
31.
H.
Wang
,
M.
Chini
,
E.
Moon
,
H.
Mashiko
,
C.
Li
, and
Z.
Chang
,
Opt. Express
17
,
12082
(
2009
).
32.
M.
Kakehata
,
H.
Takada
,
Y.
Kobayashi
,
K.
Torizuka
,
Y.
Fujihira
,
T.
Homma
, and
H.
Takahashi
,
Opt. Lett.
26
,
1436
(
2001
).
You do not currently have access to this content.