Abstract

We have generated an ultrabroad mid-infrared continuum by using single-pass optical parametric generation (OPG) in orientation-patterned GaAs (OP-GaAs). The spectrum spans more than an octave, from 4.5 to 10.7μm, measured 20 dB down from the peak. The 17.5 mm long, 0.5 mm thick, all-epitaxially-grown OP-GaAs sample with a 166.6-μm quasi-phase-matching period was pumped with 3.13.3μm wavelength, 1 ps pulses up to 2μJ in energy. The OPG threshold was observed at 55 nJ pump energy with the pump polarized along the [111] crystal direction. The slope efficiency near threshold was 51%, and the external conversion efficiency was as high as 15%.

© 2006 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. T. Skauli, K. L. Vodopyanov, T. J. Pinguet, A. Schober, O. Levi, L. A. Eyres, M. M. Fejer, J. S. Harris, B. Gerard, L. Becouarn, and E. Lallier, Opt. Lett. 27, 628 (2002).
    [CrossRef]
  2. L. Gordon, G. L. Woods, R. C. Eckardt, R. R. Route, R. S. Feigelson, M. M. Fejer, and R. L. Byer, Electron. Lett. 29, 1942 (1993).
    [CrossRef]
  3. R. Haidar, Ph. Kupecek, and E. Rosencher, Appl. Phys. Lett. 83, 1506 (2003).
    [CrossRef]
  4. C. B. Ebert, L. A. Eyres, M. M. Fejer, and J. S. Harris, J. Cryst. Growth 202, 187 (1999).
    [CrossRef]
  5. S. Koh, T. Kondo, M. Ebihara, T. Ishiwada, H. Sawada, H. Ichinose, I. Shoji, and R. Ito, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 38, L508 (1999).
    [CrossRef]
  6. L. A. Eyres, P. J. Tourreau, T. J. Pinguet, C. B. Ebert, J. S. Harris, M. M. Fejer, L. Becouarn, B. Gerard, and E. Lallier, Appl. Phys. Lett. 79, 904 (2001).
    [CrossRef]
  7. L. A. Eyres, "All-epitaxial orientation-patterned semiconductors for nonlinear optical frequency conversion," Ph.D dissertation (Stanford University, 2001).
  8. O. Levi, T. J. Pinguet, T. Skauli, L. A. Eyres, K. R. Parameswaran, J. S. Harris, M. M. Fejer, T. J. Kulp, S. E. Bisson, B. Gerard, E. Lallier, and L. Becouarn, Opt. Lett. 27, 2091 (2002).
    [CrossRef]
  9. K. L. Vodopyanov, O. Levi, P. S. Kuo, T. J. Pinguet, J. S. Harris, M. M. Fejer, B. Gerard, L. Becouarn, and E. Lallier, Opt. Lett. 29, 1912 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. K. L. Vodopyanov, O. Levi, P. S. Kuo, T. J. Pinguet, J. S. Harris, M. M. Fejer, B. Gerard, L. Becouarn, and E. Lallier, in Proc. SPIE 5620, 63 (2004).
    [CrossRef]
  11. A. Birmontas, A. Piskarskas, and A. Stabinis, Sov. J. Quantum Electron. 13, 1243 (1983).
    [CrossRef]
  12. A. J. Campillo, R. C. Hyer, and S. L. Shapiro, Opt. Lett. 4, 357 (1979).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. R. L. Byer and R. L. Herbst, in Nonlinear Infrared Generation, Y.-R.Shen, ed. (Springer-Verlag, 1977), pp. 81-137.
  14. M. Sheik-Bahae, A. A. Said, and E. W. Van Stryland, Opt. Lett. 14, 955 (1989).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. G. P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, 3rd ed. (Academic, 2001).

2004

K. L. Vodopyanov, O. Levi, P. S. Kuo, T. J. Pinguet, J. S. Harris, M. M. Fejer, B. Gerard, L. Becouarn, and E. Lallier, Opt. Lett. 29, 1912 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

K. L. Vodopyanov, O. Levi, P. S. Kuo, T. J. Pinguet, J. S. Harris, M. M. Fejer, B. Gerard, L. Becouarn, and E. Lallier, in Proc. SPIE 5620, 63 (2004).
[CrossRef]

2003

R. Haidar, Ph. Kupecek, and E. Rosencher, Appl. Phys. Lett. 83, 1506 (2003).
[CrossRef]

2002

2001

L. A. Eyres, P. J. Tourreau, T. J. Pinguet, C. B. Ebert, J. S. Harris, M. M. Fejer, L. Becouarn, B. Gerard, and E. Lallier, Appl. Phys. Lett. 79, 904 (2001).
[CrossRef]

1999

C. B. Ebert, L. A. Eyres, M. M. Fejer, and J. S. Harris, J. Cryst. Growth 202, 187 (1999).
[CrossRef]

S. Koh, T. Kondo, M. Ebihara, T. Ishiwada, H. Sawada, H. Ichinose, I. Shoji, and R. Ito, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 38, L508 (1999).
[CrossRef]

1993

L. Gordon, G. L. Woods, R. C. Eckardt, R. R. Route, R. S. Feigelson, M. M. Fejer, and R. L. Byer, Electron. Lett. 29, 1942 (1993).
[CrossRef]

1989

1983

A. Birmontas, A. Piskarskas, and A. Stabinis, Sov. J. Quantum Electron. 13, 1243 (1983).
[CrossRef]

1979

Agrawal, G. P.

G. P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, 3rd ed. (Academic, 2001).

Becouarn, L.

Birmontas, A.

A. Birmontas, A. Piskarskas, and A. Stabinis, Sov. J. Quantum Electron. 13, 1243 (1983).
[CrossRef]

Bisson, S. E.

Byer, R. L.

L. Gordon, G. L. Woods, R. C. Eckardt, R. R. Route, R. S. Feigelson, M. M. Fejer, and R. L. Byer, Electron. Lett. 29, 1942 (1993).
[CrossRef]

R. L. Byer and R. L. Herbst, in Nonlinear Infrared Generation, Y.-R.Shen, ed. (Springer-Verlag, 1977), pp. 81-137.

Campillo, A. J.

Ebert, C. B.

L. A. Eyres, P. J. Tourreau, T. J. Pinguet, C. B. Ebert, J. S. Harris, M. M. Fejer, L. Becouarn, B. Gerard, and E. Lallier, Appl. Phys. Lett. 79, 904 (2001).
[CrossRef]

C. B. Ebert, L. A. Eyres, M. M. Fejer, and J. S. Harris, J. Cryst. Growth 202, 187 (1999).
[CrossRef]

Ebihara, M.

S. Koh, T. Kondo, M. Ebihara, T. Ishiwada, H. Sawada, H. Ichinose, I. Shoji, and R. Ito, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 38, L508 (1999).
[CrossRef]

Eckardt, R. C.

L. Gordon, G. L. Woods, R. C. Eckardt, R. R. Route, R. S. Feigelson, M. M. Fejer, and R. L. Byer, Electron. Lett. 29, 1942 (1993).
[CrossRef]

Eyres, L. A.

T. Skauli, K. L. Vodopyanov, T. J. Pinguet, A. Schober, O. Levi, L. A. Eyres, M. M. Fejer, J. S. Harris, B. Gerard, L. Becouarn, and E. Lallier, Opt. Lett. 27, 628 (2002).
[CrossRef]

O. Levi, T. J. Pinguet, T. Skauli, L. A. Eyres, K. R. Parameswaran, J. S. Harris, M. M. Fejer, T. J. Kulp, S. E. Bisson, B. Gerard, E. Lallier, and L. Becouarn, Opt. Lett. 27, 2091 (2002).
[CrossRef]

L. A. Eyres, P. J. Tourreau, T. J. Pinguet, C. B. Ebert, J. S. Harris, M. M. Fejer, L. Becouarn, B. Gerard, and E. Lallier, Appl. Phys. Lett. 79, 904 (2001).
[CrossRef]

C. B. Ebert, L. A. Eyres, M. M. Fejer, and J. S. Harris, J. Cryst. Growth 202, 187 (1999).
[CrossRef]

L. A. Eyres, "All-epitaxial orientation-patterned semiconductors for nonlinear optical frequency conversion," Ph.D dissertation (Stanford University, 2001).

Feigelson, R. S.

L. Gordon, G. L. Woods, R. C. Eckardt, R. R. Route, R. S. Feigelson, M. M. Fejer, and R. L. Byer, Electron. Lett. 29, 1942 (1993).
[CrossRef]

Fejer, M. M.

K. L. Vodopyanov, O. Levi, P. S. Kuo, T. J. Pinguet, J. S. Harris, M. M. Fejer, B. Gerard, L. Becouarn, and E. Lallier, Opt. Lett. 29, 1912 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

K. L. Vodopyanov, O. Levi, P. S. Kuo, T. J. Pinguet, J. S. Harris, M. M. Fejer, B. Gerard, L. Becouarn, and E. Lallier, in Proc. SPIE 5620, 63 (2004).
[CrossRef]

O. Levi, T. J. Pinguet, T. Skauli, L. A. Eyres, K. R. Parameswaran, J. S. Harris, M. M. Fejer, T. J. Kulp, S. E. Bisson, B. Gerard, E. Lallier, and L. Becouarn, Opt. Lett. 27, 2091 (2002).
[CrossRef]

T. Skauli, K. L. Vodopyanov, T. J. Pinguet, A. Schober, O. Levi, L. A. Eyres, M. M. Fejer, J. S. Harris, B. Gerard, L. Becouarn, and E. Lallier, Opt. Lett. 27, 628 (2002).
[CrossRef]

L. A. Eyres, P. J. Tourreau, T. J. Pinguet, C. B. Ebert, J. S. Harris, M. M. Fejer, L. Becouarn, B. Gerard, and E. Lallier, Appl. Phys. Lett. 79, 904 (2001).
[CrossRef]

C. B. Ebert, L. A. Eyres, M. M. Fejer, and J. S. Harris, J. Cryst. Growth 202, 187 (1999).
[CrossRef]

L. Gordon, G. L. Woods, R. C. Eckardt, R. R. Route, R. S. Feigelson, M. M. Fejer, and R. L. Byer, Electron. Lett. 29, 1942 (1993).
[CrossRef]

Gerard, B.

Gordon, L.

L. Gordon, G. L. Woods, R. C. Eckardt, R. R. Route, R. S. Feigelson, M. M. Fejer, and R. L. Byer, Electron. Lett. 29, 1942 (1993).
[CrossRef]

Haidar, R.

R. Haidar, Ph. Kupecek, and E. Rosencher, Appl. Phys. Lett. 83, 1506 (2003).
[CrossRef]

Harris, J. S.

K. L. Vodopyanov, O. Levi, P. S. Kuo, T. J. Pinguet, J. S. Harris, M. M. Fejer, B. Gerard, L. Becouarn, and E. Lallier, Opt. Lett. 29, 1912 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

K. L. Vodopyanov, O. Levi, P. S. Kuo, T. J. Pinguet, J. S. Harris, M. M. Fejer, B. Gerard, L. Becouarn, and E. Lallier, in Proc. SPIE 5620, 63 (2004).
[CrossRef]

O. Levi, T. J. Pinguet, T. Skauli, L. A. Eyres, K. R. Parameswaran, J. S. Harris, M. M. Fejer, T. J. Kulp, S. E. Bisson, B. Gerard, E. Lallier, and L. Becouarn, Opt. Lett. 27, 2091 (2002).
[CrossRef]

T. Skauli, K. L. Vodopyanov, T. J. Pinguet, A. Schober, O. Levi, L. A. Eyres, M. M. Fejer, J. S. Harris, B. Gerard, L. Becouarn, and E. Lallier, Opt. Lett. 27, 628 (2002).
[CrossRef]

L. A. Eyres, P. J. Tourreau, T. J. Pinguet, C. B. Ebert, J. S. Harris, M. M. Fejer, L. Becouarn, B. Gerard, and E. Lallier, Appl. Phys. Lett. 79, 904 (2001).
[CrossRef]

C. B. Ebert, L. A. Eyres, M. M. Fejer, and J. S. Harris, J. Cryst. Growth 202, 187 (1999).
[CrossRef]

Herbst, R. L.

R. L. Byer and R. L. Herbst, in Nonlinear Infrared Generation, Y.-R.Shen, ed. (Springer-Verlag, 1977), pp. 81-137.

Hyer, R. C.

Ichinose, H.

S. Koh, T. Kondo, M. Ebihara, T. Ishiwada, H. Sawada, H. Ichinose, I. Shoji, and R. Ito, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 38, L508 (1999).
[CrossRef]

Ishiwada, T.

S. Koh, T. Kondo, M. Ebihara, T. Ishiwada, H. Sawada, H. Ichinose, I. Shoji, and R. Ito, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 38, L508 (1999).
[CrossRef]

Ito, R.

S. Koh, T. Kondo, M. Ebihara, T. Ishiwada, H. Sawada, H. Ichinose, I. Shoji, and R. Ito, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 38, L508 (1999).
[CrossRef]

Koh, S.

S. Koh, T. Kondo, M. Ebihara, T. Ishiwada, H. Sawada, H. Ichinose, I. Shoji, and R. Ito, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 38, L508 (1999).
[CrossRef]

Kondo, T.

S. Koh, T. Kondo, M. Ebihara, T. Ishiwada, H. Sawada, H. Ichinose, I. Shoji, and R. Ito, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 38, L508 (1999).
[CrossRef]

Kulp, T. J.

Kuo, P. S.

K. L. Vodopyanov, O. Levi, P. S. Kuo, T. J. Pinguet, J. S. Harris, M. M. Fejer, B. Gerard, L. Becouarn, and E. Lallier, in Proc. SPIE 5620, 63 (2004).
[CrossRef]

K. L. Vodopyanov, O. Levi, P. S. Kuo, T. J. Pinguet, J. S. Harris, M. M. Fejer, B. Gerard, L. Becouarn, and E. Lallier, Opt. Lett. 29, 1912 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Kupecek, Ph.

R. Haidar, Ph. Kupecek, and E. Rosencher, Appl. Phys. Lett. 83, 1506 (2003).
[CrossRef]

Lallier, E.

Levi, O.

Parameswaran, K. R.

Pinguet, T. J.

Piskarskas, A.

A. Birmontas, A. Piskarskas, and A. Stabinis, Sov. J. Quantum Electron. 13, 1243 (1983).
[CrossRef]

Rosencher, E.

R. Haidar, Ph. Kupecek, and E. Rosencher, Appl. Phys. Lett. 83, 1506 (2003).
[CrossRef]

Route, R. R.

L. Gordon, G. L. Woods, R. C. Eckardt, R. R. Route, R. S. Feigelson, M. M. Fejer, and R. L. Byer, Electron. Lett. 29, 1942 (1993).
[CrossRef]

Said, A. A.

Sawada, H.

S. Koh, T. Kondo, M. Ebihara, T. Ishiwada, H. Sawada, H. Ichinose, I. Shoji, and R. Ito, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 38, L508 (1999).
[CrossRef]

Schober, A.

Shapiro, S. L.

Sheik-Bahae, M.

Shoji, I.

S. Koh, T. Kondo, M. Ebihara, T. Ishiwada, H. Sawada, H. Ichinose, I. Shoji, and R. Ito, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 38, L508 (1999).
[CrossRef]

Skauli, T.

Stabinis, A.

A. Birmontas, A. Piskarskas, and A. Stabinis, Sov. J. Quantum Electron. 13, 1243 (1983).
[CrossRef]

Tourreau, P. J.

L. A. Eyres, P. J. Tourreau, T. J. Pinguet, C. B. Ebert, J. S. Harris, M. M. Fejer, L. Becouarn, B. Gerard, and E. Lallier, Appl. Phys. Lett. 79, 904 (2001).
[CrossRef]

Van Stryland, E. W.

Vodopyanov, K. L.

Woods, G. L.

L. Gordon, G. L. Woods, R. C. Eckardt, R. R. Route, R. S. Feigelson, M. M. Fejer, and R. L. Byer, Electron. Lett. 29, 1942 (1993).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

R. Haidar, Ph. Kupecek, and E. Rosencher, Appl. Phys. Lett. 83, 1506 (2003).
[CrossRef]

L. A. Eyres, P. J. Tourreau, T. J. Pinguet, C. B. Ebert, J. S. Harris, M. M. Fejer, L. Becouarn, B. Gerard, and E. Lallier, Appl. Phys. Lett. 79, 904 (2001).
[CrossRef]

Electron. Lett.

L. Gordon, G. L. Woods, R. C. Eckardt, R. R. Route, R. S. Feigelson, M. M. Fejer, and R. L. Byer, Electron. Lett. 29, 1942 (1993).
[CrossRef]

J. Cryst. Growth

C. B. Ebert, L. A. Eyres, M. M. Fejer, and J. S. Harris, J. Cryst. Growth 202, 187 (1999).
[CrossRef]

Jpn. J. Appl. Phys., Part 2

S. Koh, T. Kondo, M. Ebihara, T. Ishiwada, H. Sawada, H. Ichinose, I. Shoji, and R. Ito, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 38, L508 (1999).
[CrossRef]

Opt. Lett.

Proc. SPIE

K. L. Vodopyanov, O. Levi, P. S. Kuo, T. J. Pinguet, J. S. Harris, M. M. Fejer, B. Gerard, L. Becouarn, and E. Lallier, in Proc. SPIE 5620, 63 (2004).
[CrossRef]

Sov. J. Quantum Electron.

A. Birmontas, A. Piskarskas, and A. Stabinis, Sov. J. Quantum Electron. 13, 1243 (1983).
[CrossRef]

Other

G. P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, 3rd ed. (Academic, 2001).

R. L. Byer and R. L. Herbst, in Nonlinear Infrared Generation, Y.-R.Shen, ed. (Springer-Verlag, 1977), pp. 81-137.

L. A. Eyres, "All-epitaxial orientation-patterned semiconductors for nonlinear optical frequency conversion," Ph.D dissertation (Stanford University, 2001).

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

Normalized gain spectra in the low-gain limit, sinc 2 ( Δ k L 2 ) (with L = 10 mm ), for 3.310 μ m pump, 173.7 μ m period (solid curve); 3.217 μ m pump, 166.6 μ m period (dashed curve); and 3.059 μ m pump, 154.2 μ m period (dashed–dotted curve). The last two curves show 1% and 50% gain variation, respectively. These cases all fall within the main, dark band in Fig. 2.

Fig. 2
Fig. 2

Gray-scale plot of sinc 2 ( Δ k L 2 ) for a 166.6 μ m QPM period, 10 mm long OP-GaAs sample. Dashed contour curves indicate nodes where Δ k L 2 = m π , m = 1 , 2, 3, 4.

Fig. 3
Fig. 3

Theoretical gain spectra for a 3.28 μ m pumped, 166.6 μ m period OP-GaAs sample for four values of Γ L . At the degenerate point ( λ = 6.6 μ m ) for an L = 10 mm sample, Δ k L 2 5 . This case is represented by the bold dashed–dotted line in Fig. 2.

Fig. 4
Fig. 4

Total OPG energy as a function of incident pump energy. Threshold was observed at 55 nJ.

Fig. 5
Fig. 5

OPG output spectrum for a 3.28 μ m pump at 1.4 μ J energy. Dips at 5 and 9.5 μ m (marked a and b, respectively) are due to parasitic SFG.

Equations (3)

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

G = Γ 2 L 2 sinh 2 ( g L ) ( g L ) 2 ,
g = [ Γ 2 ( Δ k 2 ) 2 ] 1 2 ,
Γ 2 = 2 ω s ω i d eff 2 I p n s n i n p ϵ 0 c 3 .

Metrics