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

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

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

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

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

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

1992

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

1990

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

1989

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.

Appl. Phys. B

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.

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.

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

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.

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