Abstract

Lasing of Fe:ZnSe is demonstrated, for the first time to the authors’ knowledge, for temperatures ranging from 15 to 180 K. The output wavelength of the Fe:ZnSe laser was observed to tune with temperature from 3.98 µm at 15 K to 4.54 µm at 180 K. With an Er:YAG laser operating at 2.698 µm as the pump source, a maximum energy per pulse of 12 µJ at 130 K was produced. Laser slope efficiencies of 3.2% at 19 K and 8.2% at 150 K were determined for an output coupling of 0.6%. A laser emission linewidth of 0.007 µm at 3.98 µm was measured at 15 K. Absorption and emission spectra and emission lifetimes for Fe:ZnSe are also discussed.

© 1999 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. P. F. Moulton, J. Opt. Soc. Am. B 3, 125 (1986).
    [CrossRef]
  2. L. D. DeLoach, R. H. Page, G. D. Wilke, S. A. Payne, and W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 32, 885 (1996).
    [CrossRef]
  3. R. H. Page, K. I. Schaffers, L. D. DeLoach, G. D. Wilke, F. D. Patel, J. B. Tassano, S. A. Payne, W. F. Krupke, K.-T. Chen, and A. Burger, IEEE J. Quantum Electron. 33, 609 (1997).
    [CrossRef]
  4. G. A. Slack and B. M. O’Meara, Phys. Rev. 163, 335 (1967).
    [CrossRef]
  5. J. H. Haanstra, in II–VI Semiconducting Compounds 1967 International Conference, D. G. Thomas, ed. (Benjamin, New York, 1967), pp. 207–214.
  6. P. B. Klein, J. E. Furneaux, and R. L. Henry, Appl. Phys. Lett. 42, 638 (1983).
    [CrossRef]
  7. F. A. Cotton, Chemical Applications of Group Theory, 3rd ed. (Wiley, New York, 1971).
  8. J. M. Baranowski, J. W. Allen, and G. L. Pearson, Phys. Rev. 160, 627 (1967).
    [CrossRef]
  9. C. I. Rablau, J.-O. Ndap, X. Ma, A. Burger, and N. C. Giles, J. Electron. Mater. 28, 678 (1999).
    [CrossRef]
  10. R. C. Powell, Physics of Solid-State Laser Materials (Springer-Verlag, New York, 1998).
    [CrossRef]
  11. S. A. Payne, L. L. Chase, H. W. Newkirk, L. K. Smith, and W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 24, 2243 (1988).
    [CrossRef]
  12. P. F. Moulton, IEEE J. Quantum Electron. QE–21, 1582 (1985).
    [CrossRef]

1999 (1)

C. I. Rablau, J.-O. Ndap, X. Ma, A. Burger, and N. C. Giles, J. Electron. Mater. 28, 678 (1999).
[CrossRef]

1997 (1)

R. H. Page, K. I. Schaffers, L. D. DeLoach, G. D. Wilke, F. D. Patel, J. B. Tassano, S. A. Payne, W. F. Krupke, K.-T. Chen, and A. Burger, IEEE J. Quantum Electron. 33, 609 (1997).
[CrossRef]

1996 (1)

L. D. DeLoach, R. H. Page, G. D. Wilke, S. A. Payne, and W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 32, 885 (1996).
[CrossRef]

1988 (1)

S. A. Payne, L. L. Chase, H. W. Newkirk, L. K. Smith, and W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 24, 2243 (1988).
[CrossRef]

1986 (1)

1985 (1)

P. F. Moulton, IEEE J. Quantum Electron. QE–21, 1582 (1985).
[CrossRef]

1983 (1)

P. B. Klein, J. E. Furneaux, and R. L. Henry, Appl. Phys. Lett. 42, 638 (1983).
[CrossRef]

1967 (2)

J. M. Baranowski, J. W. Allen, and G. L. Pearson, Phys. Rev. 160, 627 (1967).
[CrossRef]

G. A. Slack and B. M. O’Meara, Phys. Rev. 163, 335 (1967).
[CrossRef]

Allen, J. W.

J. M. Baranowski, J. W. Allen, and G. L. Pearson, Phys. Rev. 160, 627 (1967).
[CrossRef]

Baranowski, J. M.

J. M. Baranowski, J. W. Allen, and G. L. Pearson, Phys. Rev. 160, 627 (1967).
[CrossRef]

Burger, A.

C. I. Rablau, J.-O. Ndap, X. Ma, A. Burger, and N. C. Giles, J. Electron. Mater. 28, 678 (1999).
[CrossRef]

R. H. Page, K. I. Schaffers, L. D. DeLoach, G. D. Wilke, F. D. Patel, J. B. Tassano, S. A. Payne, W. F. Krupke, K.-T. Chen, and A. Burger, IEEE J. Quantum Electron. 33, 609 (1997).
[CrossRef]

Chase, L. L.

S. A. Payne, L. L. Chase, H. W. Newkirk, L. K. Smith, and W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 24, 2243 (1988).
[CrossRef]

Chen, K.-T.

R. H. Page, K. I. Schaffers, L. D. DeLoach, G. D. Wilke, F. D. Patel, J. B. Tassano, S. A. Payne, W. F. Krupke, K.-T. Chen, and A. Burger, IEEE J. Quantum Electron. 33, 609 (1997).
[CrossRef]

Cotton, F. A.

F. A. Cotton, Chemical Applications of Group Theory, 3rd ed. (Wiley, New York, 1971).

DeLoach, L. D.

R. H. Page, K. I. Schaffers, L. D. DeLoach, G. D. Wilke, F. D. Patel, J. B. Tassano, S. A. Payne, W. F. Krupke, K.-T. Chen, and A. Burger, IEEE J. Quantum Electron. 33, 609 (1997).
[CrossRef]

L. D. DeLoach, R. H. Page, G. D. Wilke, S. A. Payne, and W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 32, 885 (1996).
[CrossRef]

Furneaux, J. E.

P. B. Klein, J. E. Furneaux, and R. L. Henry, Appl. Phys. Lett. 42, 638 (1983).
[CrossRef]

Giles, N. C.

C. I. Rablau, J.-O. Ndap, X. Ma, A. Burger, and N. C. Giles, J. Electron. Mater. 28, 678 (1999).
[CrossRef]

Haanstra, J. H.

J. H. Haanstra, in II–VI Semiconducting Compounds 1967 International Conference, D. G. Thomas, ed. (Benjamin, New York, 1967), pp. 207–214.

Henry, R. L.

P. B. Klein, J. E. Furneaux, and R. L. Henry, Appl. Phys. Lett. 42, 638 (1983).
[CrossRef]

Klein, P. B.

P. B. Klein, J. E. Furneaux, and R. L. Henry, Appl. Phys. Lett. 42, 638 (1983).
[CrossRef]

Krupke, W. F.

R. H. Page, K. I. Schaffers, L. D. DeLoach, G. D. Wilke, F. D. Patel, J. B. Tassano, S. A. Payne, W. F. Krupke, K.-T. Chen, and A. Burger, IEEE J. Quantum Electron. 33, 609 (1997).
[CrossRef]

L. D. DeLoach, R. H. Page, G. D. Wilke, S. A. Payne, and W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 32, 885 (1996).
[CrossRef]

S. A. Payne, L. L. Chase, H. W. Newkirk, L. K. Smith, and W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 24, 2243 (1988).
[CrossRef]

Ma, X.

C. I. Rablau, J.-O. Ndap, X. Ma, A. Burger, and N. C. Giles, J. Electron. Mater. 28, 678 (1999).
[CrossRef]

Moulton, P. F.

P. F. Moulton, J. Opt. Soc. Am. B 3, 125 (1986).
[CrossRef]

P. F. Moulton, IEEE J. Quantum Electron. QE–21, 1582 (1985).
[CrossRef]

Ndap, J.-O.

C. I. Rablau, J.-O. Ndap, X. Ma, A. Burger, and N. C. Giles, J. Electron. Mater. 28, 678 (1999).
[CrossRef]

Newkirk, H. W.

S. A. Payne, L. L. Chase, H. W. Newkirk, L. K. Smith, and W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 24, 2243 (1988).
[CrossRef]

O’Meara, B. M.

G. A. Slack and B. M. O’Meara, Phys. Rev. 163, 335 (1967).
[CrossRef]

Page, R. H.

R. H. Page, K. I. Schaffers, L. D. DeLoach, G. D. Wilke, F. D. Patel, J. B. Tassano, S. A. Payne, W. F. Krupke, K.-T. Chen, and A. Burger, IEEE J. Quantum Electron. 33, 609 (1997).
[CrossRef]

L. D. DeLoach, R. H. Page, G. D. Wilke, S. A. Payne, and W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 32, 885 (1996).
[CrossRef]

Patel, F. D.

R. H. Page, K. I. Schaffers, L. D. DeLoach, G. D. Wilke, F. D. Patel, J. B. Tassano, S. A. Payne, W. F. Krupke, K.-T. Chen, and A. Burger, IEEE J. Quantum Electron. 33, 609 (1997).
[CrossRef]

Payne, S. A.

R. H. Page, K. I. Schaffers, L. D. DeLoach, G. D. Wilke, F. D. Patel, J. B. Tassano, S. A. Payne, W. F. Krupke, K.-T. Chen, and A. Burger, IEEE J. Quantum Electron. 33, 609 (1997).
[CrossRef]

L. D. DeLoach, R. H. Page, G. D. Wilke, S. A. Payne, and W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 32, 885 (1996).
[CrossRef]

S. A. Payne, L. L. Chase, H. W. Newkirk, L. K. Smith, and W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 24, 2243 (1988).
[CrossRef]

Pearson, G. L.

J. M. Baranowski, J. W. Allen, and G. L. Pearson, Phys. Rev. 160, 627 (1967).
[CrossRef]

Powell, R. C.

R. C. Powell, Physics of Solid-State Laser Materials (Springer-Verlag, New York, 1998).
[CrossRef]

Rablau, C. I.

C. I. Rablau, J.-O. Ndap, X. Ma, A. Burger, and N. C. Giles, J. Electron. Mater. 28, 678 (1999).
[CrossRef]

Schaffers, K. I.

R. H. Page, K. I. Schaffers, L. D. DeLoach, G. D. Wilke, F. D. Patel, J. B. Tassano, S. A. Payne, W. F. Krupke, K.-T. Chen, and A. Burger, IEEE J. Quantum Electron. 33, 609 (1997).
[CrossRef]

Slack, G. A.

G. A. Slack and B. M. O’Meara, Phys. Rev. 163, 335 (1967).
[CrossRef]

Smith, L. K.

S. A. Payne, L. L. Chase, H. W. Newkirk, L. K. Smith, and W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 24, 2243 (1988).
[CrossRef]

Tassano, J. B.

R. H. Page, K. I. Schaffers, L. D. DeLoach, G. D. Wilke, F. D. Patel, J. B. Tassano, S. A. Payne, W. F. Krupke, K.-T. Chen, and A. Burger, IEEE J. Quantum Electron. 33, 609 (1997).
[CrossRef]

Wilke, G. D.

R. H. Page, K. I. Schaffers, L. D. DeLoach, G. D. Wilke, F. D. Patel, J. B. Tassano, S. A. Payne, W. F. Krupke, K.-T. Chen, and A. Burger, IEEE J. Quantum Electron. 33, 609 (1997).
[CrossRef]

L. D. DeLoach, R. H. Page, G. D. Wilke, S. A. Payne, and W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 32, 885 (1996).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

P. B. Klein, J. E. Furneaux, and R. L. Henry, Appl. Phys. Lett. 42, 638 (1983).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (4)

L. D. DeLoach, R. H. Page, G. D. Wilke, S. A. Payne, and W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 32, 885 (1996).
[CrossRef]

R. H. Page, K. I. Schaffers, L. D. DeLoach, G. D. Wilke, F. D. Patel, J. B. Tassano, S. A. Payne, W. F. Krupke, K.-T. Chen, and A. Burger, IEEE J. Quantum Electron. 33, 609 (1997).
[CrossRef]

S. A. Payne, L. L. Chase, H. W. Newkirk, L. K. Smith, and W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 24, 2243 (1988).
[CrossRef]

P. F. Moulton, IEEE J. Quantum Electron. QE–21, 1582 (1985).
[CrossRef]

J. Electron. Mater. (1)

C. I. Rablau, J.-O. Ndap, X. Ma, A. Burger, and N. C. Giles, J. Electron. Mater. 28, 678 (1999).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

Phys. Rev. (2)

J. M. Baranowski, J. W. Allen, and G. L. Pearson, Phys. Rev. 160, 627 (1967).
[CrossRef]

G. A. Slack and B. M. O’Meara, Phys. Rev. 163, 335 (1967).
[CrossRef]

Other (3)

J. H. Haanstra, in II–VI Semiconducting Compounds 1967 International Conference, D. G. Thomas, ed. (Benjamin, New York, 1967), pp. 207–214.

R. C. Powell, Physics of Solid-State Laser Materials (Springer-Verlag, New York, 1998).
[CrossRef]

F. A. Cotton, Chemical Applications of Group Theory, 3rd ed. (Wiley, New York, 1971).

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

Absorption cross sections for Fe:ZnSe at 14 and 300 K.

Fig. 2
Fig. 2

Emission (34-K) and absorption (14-K) spectra for Fe:ZnSe. The Er:YAG pump laser wavelength λpump at 2.698 µm and the 15-K Fe:ZnSe laser wavelength λlaser at 3.98 µm are labeled.

Fig. 3
Fig. 3

Luminescence lifetime versus temperature for Fe:ZnSe. The Fe:ZnSe laser operated from 15 to 180 K.

Fig. 4
Fig. 4

Schematic of the Fe:ZnSe laser system: PL, Er:YAG pump laser operating at 2.698 µm; VA, variable attenuator wheel; JM, joulemeter; L, +10cm CaF2 lens; M1’s, 10-cm radius-of-curvature CaF2 mirrors with T=82% at 2.698 µm and T=0.3% at 3.98 µm; ARW, antireflection-coated CaF2 window (at both the pump and the laser wavelengths); CC, 20–300-K cryogenic vacuum chamber; F1, 3300-nm long-wave pass filter; D, liquid-nitrogen-cooled InSb detector.

Fig. 5
Fig. 5

Fe:ZnSe laser output energy versus absorbed 2.698µm pump energy at 19, 70, 150, and 170 K for 100-Hz operation.

Equations (2)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

σemλ=λ5Iλ8πcn2τrad0Iλλdλ,
Eth=πhvpwp2+ws2L+T4σemτlum1-exp-αlτp1-exp-τp/τlum

Metrics