Abstract

We report what we believe are the first spectroscopic measurements to be made with a room-temperature quantum-cascade distributed-feedback laser. Using wavelength modulation spectroscopy, we detected N2O and CH4 in the chemical fingerprint wavelength range near 8 µm. The noise equivalent absorbance for our measurement was 5 parts in 105, limited by excess amplitude modulation on the laser output, which corresponds to a 1-Hz bandwidth detection limit of 250 parts N2O in 109 parts N2 in a 1-m path length.

© 1998 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. A. Silver, Appl. Opt. 6, 707 (1992).
    [CrossRef]
  2. C. B. Carlisle and D. E. Cooper, Appl. Phys. Lett. 56, 805 (1990).
    [CrossRef]
  3. P. Werle, Appl. Phys. B 60, 499 (1995).
    [CrossRef]
  4. H. C. Sun and E. A. Whittaker, Appl. Phys. Lett. 63, 1035 (1993).
    [CrossRef]
  5. J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Science 264, 553 (1994).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 65, 2901 (1994).
    [CrossRef]
  7. F. Capasso, J. Faist, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Solid State Commun. 102, 231 (1997).
    [CrossRef]
  8. J. Faist, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 68, 3680 (1996).
    [CrossRef]
  9. C. Sirtori, J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 294 (1997).
    [CrossRef]
  10. J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 70, 2670 (1997).
    [CrossRef]
  11. J. M. Supplee, E. A. Whittaker, and W. Lenth, Appl. Opt. 33, 6294 (1994).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. L. S. Rothman, R. R. Gamache, A. Goldman, L. R. Brown, R. A. Toth, H. M. Pickett, R. L. Poynter, J. M. Flaud, C. Camy-Peyret, A. Barbe, N. Husson, C. P. Rinsland, and M. A. H. Smith, Appl. Opt. 26, 4058 (1997).
    [CrossRef]
  13. F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 67, 3057 (1995).
    [CrossRef]
  14. P. Werle, F. Slemr, M. Gehrtz, and C. Bräuchle, Appl. Phys. B 49, 99 (1989).
    [CrossRef]

1997 (4)

F. Capasso, J. Faist, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Solid State Commun. 102, 231 (1997).
[CrossRef]

C. Sirtori, J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 294 (1997).
[CrossRef]

J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 70, 2670 (1997).
[CrossRef]

L. S. Rothman, R. R. Gamache, A. Goldman, L. R. Brown, R. A. Toth, H. M. Pickett, R. L. Poynter, J. M. Flaud, C. Camy-Peyret, A. Barbe, N. Husson, C. P. Rinsland, and M. A. H. Smith, Appl. Opt. 26, 4058 (1997).
[CrossRef]

1996 (1)

J. Faist, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 68, 3680 (1996).
[CrossRef]

1995 (2)

P. Werle, Appl. Phys. B 60, 499 (1995).
[CrossRef]

F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 67, 3057 (1995).
[CrossRef]

1994 (3)

J. M. Supplee, E. A. Whittaker, and W. Lenth, Appl. Opt. 33, 6294 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Science 264, 553 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 65, 2901 (1994).
[CrossRef]

1993 (1)

H. C. Sun and E. A. Whittaker, Appl. Phys. Lett. 63, 1035 (1993).
[CrossRef]

1992 (1)

J. A. Silver, Appl. Opt. 6, 707 (1992).
[CrossRef]

1990 (1)

C. B. Carlisle and D. E. Cooper, Appl. Phys. Lett. 56, 805 (1990).
[CrossRef]

1989 (1)

P. Werle, F. Slemr, M. Gehrtz, and C. Bräuchle, Appl. Phys. B 49, 99 (1989).
[CrossRef]

Baillargeon, J. N.

J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 70, 2670 (1997).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 68, 3680 (1996).
[CrossRef]

Barbe, A.

Bräuchle, C.

P. Werle, F. Slemr, M. Gehrtz, and C. Bräuchle, Appl. Phys. B 49, 99 (1989).
[CrossRef]

Brown, L. R.

Camy-Peyret, C.

Capasso, F.

J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 70, 2670 (1997).
[CrossRef]

F. Capasso, J. Faist, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Solid State Commun. 102, 231 (1997).
[CrossRef]

C. Sirtori, J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 294 (1997).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 68, 3680 (1996).
[CrossRef]

F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 67, 3057 (1995).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Science 264, 553 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 65, 2901 (1994).
[CrossRef]

Carlisle, C. B.

C. B. Carlisle and D. E. Cooper, Appl. Phys. Lett. 56, 805 (1990).
[CrossRef]

Cho, A. Y.

F. Capasso, J. Faist, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Solid State Commun. 102, 231 (1997).
[CrossRef]

C. Sirtori, J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 294 (1997).
[CrossRef]

J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 70, 2670 (1997).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 68, 3680 (1996).
[CrossRef]

F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 67, 3057 (1995).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 65, 2901 (1994).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Science 264, 553 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Chu, S. N. G.

J. Faist, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 68, 3680 (1996).
[CrossRef]

Cooper, D. E.

C. B. Carlisle and D. E. Cooper, Appl. Phys. Lett. 56, 805 (1990).
[CrossRef]

Faist, J.

C. Sirtori, J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 294 (1997).
[CrossRef]

F. Capasso, J. Faist, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Solid State Commun. 102, 231 (1997).
[CrossRef]

J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 70, 2670 (1997).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 68, 3680 (1996).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Science 264, 553 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 65, 2901 (1994).
[CrossRef]

Flaud, J. M.

Gamache, R. R.

Gehrtz, M.

P. Werle, F. Slemr, M. Gehrtz, and C. Bräuchle, Appl. Phys. B 49, 99 (1989).
[CrossRef]

Gmachl, C.

J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 70, 2670 (1997).
[CrossRef]

Goldman, A.

Husson, N.

Hutchinson, A. L.

C. Sirtori, J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 294 (1997).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 68, 3680 (1996).
[CrossRef]

F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 67, 3057 (1995).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Science 264, 553 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 65, 2901 (1994).
[CrossRef]

Lenth, W.

Pickett, H. M.

Poynter, R. L.

Rinsland, C. P.

Rothman, L. S.

Silver, J. A.

J. A. Silver, Appl. Opt. 6, 707 (1992).
[CrossRef]

Sirtori, C.

F. Capasso, J. Faist, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Solid State Commun. 102, 231 (1997).
[CrossRef]

C. Sirtori, J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 294 (1997).
[CrossRef]

J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 70, 2670 (1997).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 68, 3680 (1996).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 65, 2901 (1994).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Science 264, 553 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Sivco, D. L.

C. Sirtori, J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 294 (1997).
[CrossRef]

J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 70, 2670 (1997).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 68, 3680 (1996).
[CrossRef]

F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 67, 3057 (1995).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 65, 2901 (1994).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Science 264, 553 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Slemr, F.

P. Werle, F. Slemr, M. Gehrtz, and C. Bräuchle, Appl. Phys. B 49, 99 (1989).
[CrossRef]

Smith, M. A. H.

Sun, H. C.

H. C. Sun and E. A. Whittaker, Appl. Phys. Lett. 63, 1035 (1993).
[CrossRef]

Supplee, J. M.

Toth, R. A.

Werle, P.

P. Werle, Appl. Phys. B 60, 499 (1995).
[CrossRef]

P. Werle, F. Slemr, M. Gehrtz, and C. Bräuchle, Appl. Phys. B 49, 99 (1989).
[CrossRef]

Whittaker, E. A.

Appl. Opt. (3)

Appl. Phys. B (2)

P. Werle, F. Slemr, M. Gehrtz, and C. Bräuchle, Appl. Phys. B 49, 99 (1989).
[CrossRef]

P. Werle, Appl. Phys. B 60, 499 (1995).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (6)

H. C. Sun and E. A. Whittaker, Appl. Phys. Lett. 63, 1035 (1993).
[CrossRef]

C. B. Carlisle and D. E. Cooper, Appl. Phys. Lett. 56, 805 (1990).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 65, 2901 (1994).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 68, 3680 (1996).
[CrossRef]

J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, C. Sirtori, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 70, 2670 (1997).
[CrossRef]

F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 67, 3057 (1995).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett. (1)

C. Sirtori, J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 294 (1997).
[CrossRef]

Science (1)

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Science 264, 553 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Solid State Commun. (1)

F. Capasso, J. Faist, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Solid State Commun. 102, 231 (1997).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (5)

Fig. 1
Fig. 1

Experimental arrangement for wavelength modulation spectroscopy with the quantum-cascade DFB laser.

Fig. 2
Fig. 2

WM signal versus laser frequency for 10% diluted samples of N2O and CH4 with corresponding HITRAN data plotted below.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Transmitted laser power versus frequency with the N2O sample (solid curve), a calibration etalon (dashed curve), or an opaque block (dotted–dashed line) in the beam. (b) Absorbance versus concentration, obtained by dilution of the samples as discussed in the text.

Fig. 4
Fig. 4

Plot of WM signal amplitude versus N2O concentration for 20-Torr total pressure samples. The error bars represent the amplitude of the background signal fluctuations depicted in Fig.  5.

Fig. 5
Fig. 5

(a) WM signal that is due to a 1000ppm N2O sample at 10Torr total pressure. (b)  Background trace for an evacuated sample cell. (c)  Background trace with the laser beam blocked.

Metrics