Abstract

In this work, we demonstrate self-referenced spectral domain interferometry for the electro-optic sampling of terahertz (THz) electric fields. This technique allows reduction of the phase noise of the measurement, thus increasing the signal-to-noise ratio (SNR). Using the proposed technique, we achieve a more than sixfold improvement in the SNR of the detected THz electric field.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. Y. C. Shen, P. C. Upadhya, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, I. S. Gregory, C. Baker, W. R. Tribe, and M. J. Evans, Appl. Phys. Lett. 85, 164 (2004).
    [CrossRef]
  2. F. Blanchard, G. Sharma, L. Razzari, X. Ropagnol, H.-C. Bandulet, F. Vidal, R. Morandotti, J.-C. Kieffer, T. Ozaki, H. Tiedje, H. Haugen, M. Reid, and F. Hegmann, IEEE J. Quantum Electron. 1, 5 (2011).
  3. A. Nahata, A. S. Weling, and T. F. Heinz, Appl. Phys. Lett. 69, 2321 (1996).
    [CrossRef]
  4. K.-L. Yeh, M. C. Hoffmann, J. Hebling, and K. A. Nelson, Appl. Phys. Lett. 90, 171121 (2007).
    [CrossRef]
  5. S. Kono, M. Tani, P. Gu, and K. Sakai, Appl. Phys. Lett. 77, 4104 (2000).
    [CrossRef]
  6. Q. Wu and X.-C. Zhang, Appl. Phys. Lett. 67, 3523 (1995).
    [CrossRef]
  7. G. Sharma, I. Al-Naib, H. Hafez, R. Morandotti, D. G. Cooke, and T. Ozaki, Opt. Express 20, 18016 (2012).
    [CrossRef]
  8. G. Sharma, L. Razzari, F. H. Su, F. Blanchard, A. Ayesheshim, T. L. Cocker, L. V. Titova, H. C. Bandulet, T. Ozaki, J.-C. Kieffer, R. Morandotti, M. Reid, and F. A. Hegmann, IEEE Photon. J. 2, 578 (2010).
    [CrossRef]
  9. J. Fletcher, Opt. Express 10, 1425 (2002).
    [CrossRef]
  10. X. Lu and X.-C. Zhang, Appl. Phys. Lett. 98, 151111 (2011).
    [CrossRef]
  11. G. Sharma, K. Singh, I. Al-Naib, R. Morandotti, and T. Ozaki, Opt. Lett. 37, 4338 (2012).
    [CrossRef]
  12. J. Zhang, B. Rao, L. Yu, and Z. Chen, Opt. Lett. 34, 3442 (2009).
    [CrossRef]
  13. K. Singh, C. Dion, M. R. Lesk, T. Ozaki, and S. Costantino, Rev. Sci. Instrum. 82, 023706 (2011).
    [CrossRef]

2012 (2)

2011 (3)

F. Blanchard, G. Sharma, L. Razzari, X. Ropagnol, H.-C. Bandulet, F. Vidal, R. Morandotti, J.-C. Kieffer, T. Ozaki, H. Tiedje, H. Haugen, M. Reid, and F. Hegmann, IEEE J. Quantum Electron. 1, 5 (2011).

X. Lu and X.-C. Zhang, Appl. Phys. Lett. 98, 151111 (2011).
[CrossRef]

K. Singh, C. Dion, M. R. Lesk, T. Ozaki, and S. Costantino, Rev. Sci. Instrum. 82, 023706 (2011).
[CrossRef]

2010 (1)

G. Sharma, L. Razzari, F. H. Su, F. Blanchard, A. Ayesheshim, T. L. Cocker, L. V. Titova, H. C. Bandulet, T. Ozaki, J.-C. Kieffer, R. Morandotti, M. Reid, and F. A. Hegmann, IEEE Photon. J. 2, 578 (2010).
[CrossRef]

2009 (1)

2007 (1)

K.-L. Yeh, M. C. Hoffmann, J. Hebling, and K. A. Nelson, Appl. Phys. Lett. 90, 171121 (2007).
[CrossRef]

2004 (1)

Y. C. Shen, P. C. Upadhya, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, I. S. Gregory, C. Baker, W. R. Tribe, and M. J. Evans, Appl. Phys. Lett. 85, 164 (2004).
[CrossRef]

2002 (1)

2000 (1)

S. Kono, M. Tani, P. Gu, and K. Sakai, Appl. Phys. Lett. 77, 4104 (2000).
[CrossRef]

1996 (1)

A. Nahata, A. S. Weling, and T. F. Heinz, Appl. Phys. Lett. 69, 2321 (1996).
[CrossRef]

1995 (1)

Q. Wu and X.-C. Zhang, Appl. Phys. Lett. 67, 3523 (1995).
[CrossRef]

Al-Naib, I.

Ayesheshim, A.

G. Sharma, L. Razzari, F. H. Su, F. Blanchard, A. Ayesheshim, T. L. Cocker, L. V. Titova, H. C. Bandulet, T. Ozaki, J.-C. Kieffer, R. Morandotti, M. Reid, and F. A. Hegmann, IEEE Photon. J. 2, 578 (2010).
[CrossRef]

Baker, C.

Y. C. Shen, P. C. Upadhya, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, I. S. Gregory, C. Baker, W. R. Tribe, and M. J. Evans, Appl. Phys. Lett. 85, 164 (2004).
[CrossRef]

Bandulet, H. C.

G. Sharma, L. Razzari, F. H. Su, F. Blanchard, A. Ayesheshim, T. L. Cocker, L. V. Titova, H. C. Bandulet, T. Ozaki, J.-C. Kieffer, R. Morandotti, M. Reid, and F. A. Hegmann, IEEE Photon. J. 2, 578 (2010).
[CrossRef]

Bandulet, H.-C.

F. Blanchard, G. Sharma, L. Razzari, X. Ropagnol, H.-C. Bandulet, F. Vidal, R. Morandotti, J.-C. Kieffer, T. Ozaki, H. Tiedje, H. Haugen, M. Reid, and F. Hegmann, IEEE J. Quantum Electron. 1, 5 (2011).

Beere, H. E.

Y. C. Shen, P. C. Upadhya, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, I. S. Gregory, C. Baker, W. R. Tribe, and M. J. Evans, Appl. Phys. Lett. 85, 164 (2004).
[CrossRef]

Blanchard, F.

F. Blanchard, G. Sharma, L. Razzari, X. Ropagnol, H.-C. Bandulet, F. Vidal, R. Morandotti, J.-C. Kieffer, T. Ozaki, H. Tiedje, H. Haugen, M. Reid, and F. Hegmann, IEEE J. Quantum Electron. 1, 5 (2011).

G. Sharma, L. Razzari, F. H. Su, F. Blanchard, A. Ayesheshim, T. L. Cocker, L. V. Titova, H. C. Bandulet, T. Ozaki, J.-C. Kieffer, R. Morandotti, M. Reid, and F. A. Hegmann, IEEE Photon. J. 2, 578 (2010).
[CrossRef]

Chen, Z.

Cocker, T. L.

G. Sharma, L. Razzari, F. H. Su, F. Blanchard, A. Ayesheshim, T. L. Cocker, L. V. Titova, H. C. Bandulet, T. Ozaki, J.-C. Kieffer, R. Morandotti, M. Reid, and F. A. Hegmann, IEEE Photon. J. 2, 578 (2010).
[CrossRef]

Cooke, D. G.

Costantino, S.

K. Singh, C. Dion, M. R. Lesk, T. Ozaki, and S. Costantino, Rev. Sci. Instrum. 82, 023706 (2011).
[CrossRef]

Davies, A. G.

Y. C. Shen, P. C. Upadhya, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, I. S. Gregory, C. Baker, W. R. Tribe, and M. J. Evans, Appl. Phys. Lett. 85, 164 (2004).
[CrossRef]

Dion, C.

K. Singh, C. Dion, M. R. Lesk, T. Ozaki, and S. Costantino, Rev. Sci. Instrum. 82, 023706 (2011).
[CrossRef]

Evans, M. J.

Y. C. Shen, P. C. Upadhya, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, I. S. Gregory, C. Baker, W. R. Tribe, and M. J. Evans, Appl. Phys. Lett. 85, 164 (2004).
[CrossRef]

Fletcher, J.

Gregory, I. S.

Y. C. Shen, P. C. Upadhya, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, I. S. Gregory, C. Baker, W. R. Tribe, and M. J. Evans, Appl. Phys. Lett. 85, 164 (2004).
[CrossRef]

Gu, P.

S. Kono, M. Tani, P. Gu, and K. Sakai, Appl. Phys. Lett. 77, 4104 (2000).
[CrossRef]

Hafez, H.

Haugen, H.

F. Blanchard, G. Sharma, L. Razzari, X. Ropagnol, H.-C. Bandulet, F. Vidal, R. Morandotti, J.-C. Kieffer, T. Ozaki, H. Tiedje, H. Haugen, M. Reid, and F. Hegmann, IEEE J. Quantum Electron. 1, 5 (2011).

Hebling, J.

K.-L. Yeh, M. C. Hoffmann, J. Hebling, and K. A. Nelson, Appl. Phys. Lett. 90, 171121 (2007).
[CrossRef]

Hegmann, F.

F. Blanchard, G. Sharma, L. Razzari, X. Ropagnol, H.-C. Bandulet, F. Vidal, R. Morandotti, J.-C. Kieffer, T. Ozaki, H. Tiedje, H. Haugen, M. Reid, and F. Hegmann, IEEE J. Quantum Electron. 1, 5 (2011).

Hegmann, F. A.

G. Sharma, L. Razzari, F. H. Su, F. Blanchard, A. Ayesheshim, T. L. Cocker, L. V. Titova, H. C. Bandulet, T. Ozaki, J.-C. Kieffer, R. Morandotti, M. Reid, and F. A. Hegmann, IEEE Photon. J. 2, 578 (2010).
[CrossRef]

Heinz, T. F.

A. Nahata, A. S. Weling, and T. F. Heinz, Appl. Phys. Lett. 69, 2321 (1996).
[CrossRef]

Hoffmann, M. C.

K.-L. Yeh, M. C. Hoffmann, J. Hebling, and K. A. Nelson, Appl. Phys. Lett. 90, 171121 (2007).
[CrossRef]

Kieffer, J.-C.

F. Blanchard, G. Sharma, L. Razzari, X. Ropagnol, H.-C. Bandulet, F. Vidal, R. Morandotti, J.-C. Kieffer, T. Ozaki, H. Tiedje, H. Haugen, M. Reid, and F. Hegmann, IEEE J. Quantum Electron. 1, 5 (2011).

G. Sharma, L. Razzari, F. H. Su, F. Blanchard, A. Ayesheshim, T. L. Cocker, L. V. Titova, H. C. Bandulet, T. Ozaki, J.-C. Kieffer, R. Morandotti, M. Reid, and F. A. Hegmann, IEEE Photon. J. 2, 578 (2010).
[CrossRef]

Kono, S.

S. Kono, M. Tani, P. Gu, and K. Sakai, Appl. Phys. Lett. 77, 4104 (2000).
[CrossRef]

Lesk, M. R.

K. Singh, C. Dion, M. R. Lesk, T. Ozaki, and S. Costantino, Rev. Sci. Instrum. 82, 023706 (2011).
[CrossRef]

Linfield, E. H.

Y. C. Shen, P. C. Upadhya, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, I. S. Gregory, C. Baker, W. R. Tribe, and M. J. Evans, Appl. Phys. Lett. 85, 164 (2004).
[CrossRef]

Lu, X.

X. Lu and X.-C. Zhang, Appl. Phys. Lett. 98, 151111 (2011).
[CrossRef]

Morandotti, R.

G. Sharma, I. Al-Naib, H. Hafez, R. Morandotti, D. G. Cooke, and T. Ozaki, Opt. Express 20, 18016 (2012).
[CrossRef]

G. Sharma, K. Singh, I. Al-Naib, R. Morandotti, and T. Ozaki, Opt. Lett. 37, 4338 (2012).
[CrossRef]

F. Blanchard, G. Sharma, L. Razzari, X. Ropagnol, H.-C. Bandulet, F. Vidal, R. Morandotti, J.-C. Kieffer, T. Ozaki, H. Tiedje, H. Haugen, M. Reid, and F. Hegmann, IEEE J. Quantum Electron. 1, 5 (2011).

G. Sharma, L. Razzari, F. H. Su, F. Blanchard, A. Ayesheshim, T. L. Cocker, L. V. Titova, H. C. Bandulet, T. Ozaki, J.-C. Kieffer, R. Morandotti, M. Reid, and F. A. Hegmann, IEEE Photon. J. 2, 578 (2010).
[CrossRef]

Nahata, A.

A. Nahata, A. S. Weling, and T. F. Heinz, Appl. Phys. Lett. 69, 2321 (1996).
[CrossRef]

Nelson, K. A.

K.-L. Yeh, M. C. Hoffmann, J. Hebling, and K. A. Nelson, Appl. Phys. Lett. 90, 171121 (2007).
[CrossRef]

Ozaki, T.

G. Sharma, K. Singh, I. Al-Naib, R. Morandotti, and T. Ozaki, Opt. Lett. 37, 4338 (2012).
[CrossRef]

G. Sharma, I. Al-Naib, H. Hafez, R. Morandotti, D. G. Cooke, and T. Ozaki, Opt. Express 20, 18016 (2012).
[CrossRef]

F. Blanchard, G. Sharma, L. Razzari, X. Ropagnol, H.-C. Bandulet, F. Vidal, R. Morandotti, J.-C. Kieffer, T. Ozaki, H. Tiedje, H. Haugen, M. Reid, and F. Hegmann, IEEE J. Quantum Electron. 1, 5 (2011).

K. Singh, C. Dion, M. R. Lesk, T. Ozaki, and S. Costantino, Rev. Sci. Instrum. 82, 023706 (2011).
[CrossRef]

G. Sharma, L. Razzari, F. H. Su, F. Blanchard, A. Ayesheshim, T. L. Cocker, L. V. Titova, H. C. Bandulet, T. Ozaki, J.-C. Kieffer, R. Morandotti, M. Reid, and F. A. Hegmann, IEEE Photon. J. 2, 578 (2010).
[CrossRef]

Rao, B.

Razzari, L.

F. Blanchard, G. Sharma, L. Razzari, X. Ropagnol, H.-C. Bandulet, F. Vidal, R. Morandotti, J.-C. Kieffer, T. Ozaki, H. Tiedje, H. Haugen, M. Reid, and F. Hegmann, IEEE J. Quantum Electron. 1, 5 (2011).

G. Sharma, L. Razzari, F. H. Su, F. Blanchard, A. Ayesheshim, T. L. Cocker, L. V. Titova, H. C. Bandulet, T. Ozaki, J.-C. Kieffer, R. Morandotti, M. Reid, and F. A. Hegmann, IEEE Photon. J. 2, 578 (2010).
[CrossRef]

Reid, M.

F. Blanchard, G. Sharma, L. Razzari, X. Ropagnol, H.-C. Bandulet, F. Vidal, R. Morandotti, J.-C. Kieffer, T. Ozaki, H. Tiedje, H. Haugen, M. Reid, and F. Hegmann, IEEE J. Quantum Electron. 1, 5 (2011).

G. Sharma, L. Razzari, F. H. Su, F. Blanchard, A. Ayesheshim, T. L. Cocker, L. V. Titova, H. C. Bandulet, T. Ozaki, J.-C. Kieffer, R. Morandotti, M. Reid, and F. A. Hegmann, IEEE Photon. J. 2, 578 (2010).
[CrossRef]

Ropagnol, X.

F. Blanchard, G. Sharma, L. Razzari, X. Ropagnol, H.-C. Bandulet, F. Vidal, R. Morandotti, J.-C. Kieffer, T. Ozaki, H. Tiedje, H. Haugen, M. Reid, and F. Hegmann, IEEE J. Quantum Electron. 1, 5 (2011).

Sakai, K.

S. Kono, M. Tani, P. Gu, and K. Sakai, Appl. Phys. Lett. 77, 4104 (2000).
[CrossRef]

Sharma, G.

G. Sharma, I. Al-Naib, H. Hafez, R. Morandotti, D. G. Cooke, and T. Ozaki, Opt. Express 20, 18016 (2012).
[CrossRef]

G. Sharma, K. Singh, I. Al-Naib, R. Morandotti, and T. Ozaki, Opt. Lett. 37, 4338 (2012).
[CrossRef]

F. Blanchard, G. Sharma, L. Razzari, X. Ropagnol, H.-C. Bandulet, F. Vidal, R. Morandotti, J.-C. Kieffer, T. Ozaki, H. Tiedje, H. Haugen, M. Reid, and F. Hegmann, IEEE J. Quantum Electron. 1, 5 (2011).

G. Sharma, L. Razzari, F. H. Su, F. Blanchard, A. Ayesheshim, T. L. Cocker, L. V. Titova, H. C. Bandulet, T. Ozaki, J.-C. Kieffer, R. Morandotti, M. Reid, and F. A. Hegmann, IEEE Photon. J. 2, 578 (2010).
[CrossRef]

Shen, Y. C.

Y. C. Shen, P. C. Upadhya, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, I. S. Gregory, C. Baker, W. R. Tribe, and M. J. Evans, Appl. Phys. Lett. 85, 164 (2004).
[CrossRef]

Singh, K.

G. Sharma, K. Singh, I. Al-Naib, R. Morandotti, and T. Ozaki, Opt. Lett. 37, 4338 (2012).
[CrossRef]

K. Singh, C. Dion, M. R. Lesk, T. Ozaki, and S. Costantino, Rev. Sci. Instrum. 82, 023706 (2011).
[CrossRef]

Su, F. H.

G. Sharma, L. Razzari, F. H. Su, F. Blanchard, A. Ayesheshim, T. L. Cocker, L. V. Titova, H. C. Bandulet, T. Ozaki, J.-C. Kieffer, R. Morandotti, M. Reid, and F. A. Hegmann, IEEE Photon. J. 2, 578 (2010).
[CrossRef]

Tani, M.

S. Kono, M. Tani, P. Gu, and K. Sakai, Appl. Phys. Lett. 77, 4104 (2000).
[CrossRef]

Tiedje, H.

F. Blanchard, G. Sharma, L. Razzari, X. Ropagnol, H.-C. Bandulet, F. Vidal, R. Morandotti, J.-C. Kieffer, T. Ozaki, H. Tiedje, H. Haugen, M. Reid, and F. Hegmann, IEEE J. Quantum Electron. 1, 5 (2011).

Titova, L. V.

G. Sharma, L. Razzari, F. H. Su, F. Blanchard, A. Ayesheshim, T. L. Cocker, L. V. Titova, H. C. Bandulet, T. Ozaki, J.-C. Kieffer, R. Morandotti, M. Reid, and F. A. Hegmann, IEEE Photon. J. 2, 578 (2010).
[CrossRef]

Tribe, W. R.

Y. C. Shen, P. C. Upadhya, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, I. S. Gregory, C. Baker, W. R. Tribe, and M. J. Evans, Appl. Phys. Lett. 85, 164 (2004).
[CrossRef]

Upadhya, P. C.

Y. C. Shen, P. C. Upadhya, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, I. S. Gregory, C. Baker, W. R. Tribe, and M. J. Evans, Appl. Phys. Lett. 85, 164 (2004).
[CrossRef]

Vidal, F.

F. Blanchard, G. Sharma, L. Razzari, X. Ropagnol, H.-C. Bandulet, F. Vidal, R. Morandotti, J.-C. Kieffer, T. Ozaki, H. Tiedje, H. Haugen, M. Reid, and F. Hegmann, IEEE J. Quantum Electron. 1, 5 (2011).

Weling, A. S.

A. Nahata, A. S. Weling, and T. F. Heinz, Appl. Phys. Lett. 69, 2321 (1996).
[CrossRef]

Wu, Q.

Q. Wu and X.-C. Zhang, Appl. Phys. Lett. 67, 3523 (1995).
[CrossRef]

Yeh, K.-L.

K.-L. Yeh, M. C. Hoffmann, J. Hebling, and K. A. Nelson, Appl. Phys. Lett. 90, 171121 (2007).
[CrossRef]

Yu, L.

Zhang, J.

Zhang, X.-C.

X. Lu and X.-C. Zhang, Appl. Phys. Lett. 98, 151111 (2011).
[CrossRef]

Q. Wu and X.-C. Zhang, Appl. Phys. Lett. 67, 3523 (1995).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (6)

A. Nahata, A. S. Weling, and T. F. Heinz, Appl. Phys. Lett. 69, 2321 (1996).
[CrossRef]

K.-L. Yeh, M. C. Hoffmann, J. Hebling, and K. A. Nelson, Appl. Phys. Lett. 90, 171121 (2007).
[CrossRef]

S. Kono, M. Tani, P. Gu, and K. Sakai, Appl. Phys. Lett. 77, 4104 (2000).
[CrossRef]

Q. Wu and X.-C. Zhang, Appl. Phys. Lett. 67, 3523 (1995).
[CrossRef]

Y. C. Shen, P. C. Upadhya, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, I. S. Gregory, C. Baker, W. R. Tribe, and M. J. Evans, Appl. Phys. Lett. 85, 164 (2004).
[CrossRef]

X. Lu and X.-C. Zhang, Appl. Phys. Lett. 98, 151111 (2011).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (1)

F. Blanchard, G. Sharma, L. Razzari, X. Ropagnol, H.-C. Bandulet, F. Vidal, R. Morandotti, J.-C. Kieffer, T. Ozaki, H. Tiedje, H. Haugen, M. Reid, and F. Hegmann, IEEE J. Quantum Electron. 1, 5 (2011).

IEEE Photon. J. (1)

G. Sharma, L. Razzari, F. H. Su, F. Blanchard, A. Ayesheshim, T. L. Cocker, L. V. Titova, H. C. Bandulet, T. Ozaki, J.-C. Kieffer, R. Morandotti, M. Reid, and F. A. Hegmann, IEEE Photon. J. 2, 578 (2010).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (2)

Rev. Sci. Instrum. (1)

K. Singh, C. Dion, M. R. Lesk, T. Ozaki, and S. Costantino, Rev. Sci. Instrum. 82, 023706 (2011).
[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 (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

Experimental setup used for THz detection using SDI.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) THz and optical probe beam at the ZnTe detection crystal position. The optical probe beam is line focused using a cylindrical lens, and the THz spot is circularly focused using an off-axis mirror with a Gaussian profile. (b) Simulated spatial profile of the THz focal spot along the optical probe axis at the ZnTe detection position.

Fig. 3.
Fig. 3.

(a) Phase difference measured between the front and back probe beams, reflected from the two surfaces of the glass plate, due to angular vibrations, in the absence of a THz pulse. The black dashed line shows the measured phase difference without referencing, and the red line shows the one obtained with referencing. (b) Measured THz temporal shape using SDI, without (black line) and with (red line) referencing.

Equations (3)

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

ϕ=arctan(Im(I˜(L))/Re(I˜(L))),
Δφ21SNRSDI.
SNRSDI=|I˜|/σ,

Metrics