Abstract

We report on a technique for frequency noise reduction and linewidth-narrowing of a distributed-feedback mid-IR quantum cascade laser (QCL) that does not involve any optical frequency reference. The voltage fluctuations across the QCL are sensed, amplified and fed back to the temperature of the QCL at a fast rate using a near-IR laser illuminating the top of the QCL chip. A locking bandwidth of 300 kHz and a reduction of the frequency noise power spectral density by a factor of 10 with respect to the free-running laser are achieved. From 2 MHz for the free-running QCL, the linewidth is narrowed below 700 kHz (10 ms observation time).

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Science 264, 553 (1994).
    [CrossRef]
  2. T. Aellen, S. Blaser, M. Beck, D. Hofstetter, J. Faist, and E. Gini, Appl. Phys. Lett. 83, 1929 (2003).
    [CrossRef]
  3. B. S. Williams, S. Kumar, Q. Hu, and J. L. Reno, Opt. Lett. 30, 2909 (2005).
    [CrossRef]
  4. L. Tombez, J. Di Francesco, S. Schilt, G. Di Domenico, J. Faist, P. Thomann, and D. Hofstetter, Opt. Lett. 36, 3109 (2011).
    [CrossRef]
  5. S. Bartalini, S. Borri, P. Cancio, A. Castrillo, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, L. Gianfrani, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 104, 083904 (2010).
    [CrossRef]
  6. K. Knabe, P. A. Williams, F. R. Giorgetta, C. M. Armacost, S. Crivello, M. B. Radunsky, and N. R. Newbury, Opt. Express 20, 12432 (2012).
  7. M. S. Vitiello, L. Consolino, S. Bartalini, A. Taschin, A. Tredicucci, M. Inguscio, and P. De Natale, Nat. Photonics 6, 525 (2012).
    [CrossRef]
  8. M. S. Taubman, T. L. Myers, B. D. Cannon, R. M. Williams, F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, and A. Y. Cho, Opt. Lett. 27, 2164 (2002).
    [CrossRef]
  9. R. M. Williams, J. F. Kelly, J. S. Hartman, S. W. Sharpe, M. S. Taubman, J. L. Hall, F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Opt. Lett. 24, 1844 (1999).
    [CrossRef]
  10. F. Cappelli, I. Galli, S. Borri, G. Giusfredi, P. Cancio, D. Mazzotti, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, S. Bartalini, and P. De Natale, Opt. Lett. 37, 4811 (2012).
    [CrossRef]
  11. I. Galli, M. Siciliani de Cumis, F. Cappelli, S. Bartalini, D. Mazzotti, S. Borri, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, G. Giusfredi, P. Cancio, and P. De Natale, Appl. Phys. Lett. 102, 121117 (2013).
    [CrossRef]
  12. B. Chanteau, O. Lopez, W. Zhang, D. Nicolodi, B. Argence, F. Auguste, M. Abgrall, C. Chardonnet, G. Santarelli, B. Darquié, Y. L. Coq, and A. Amy-Klein, New J. Phys. 15, 073003 (2013).
    [CrossRef]
  13. L. Tombez, S. Schilt, J. Di Francesco, P. Thomann, and D. Hofstetter, Opt. Express, 20, 6851 (2012).
    [CrossRef]
  14. S. Borri, S. Bartalini, P. C. Pastor, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M. Yamanishi, and P. De Natale, IEEE J. Quantum Electron. 47, 984 (2011).
    [CrossRef]
  15. E. Goobar, A. Karlsson, and S. Machida, IEEE J. Quantum Electron. 29, 386 (1993).
    [CrossRef]
  16. L. Tombez, S. Schilt, J. D. Francesco, T. Führer, B. Rein, T. Walther, G. D. Domenico, D. Hofstetter, and P. Thomann, Appl. Phys. B 109, 407 (2012).
    [CrossRef]
  17. G. Chen, R. Martini, S. Park, C. G. Bethea, I.-C. A. Chen, P. D. Grant, R. Dudek, and H. C. Liu, Appl. Phys. Lett. 97, 011102 (2010).
    [CrossRef]
  18. G. Di Domenico, S. Schilt, and P. Thomann, Appl. Opt. 49, 4801 (2010).
    [CrossRef]
  19. L. Tombez, F. Cappelli, S. Schilt, G. Di Domenico, S. Bartalini, and D. Hofstetter, Appl. Phys. Lett. 103, 031111 (2013).
    [CrossRef]

2013 (3)

I. Galli, M. Siciliani de Cumis, F. Cappelli, S. Bartalini, D. Mazzotti, S. Borri, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, G. Giusfredi, P. Cancio, and P. De Natale, Appl. Phys. Lett. 102, 121117 (2013).
[CrossRef]

B. Chanteau, O. Lopez, W. Zhang, D. Nicolodi, B. Argence, F. Auguste, M. Abgrall, C. Chardonnet, G. Santarelli, B. Darquié, Y. L. Coq, and A. Amy-Klein, New J. Phys. 15, 073003 (2013).
[CrossRef]

L. Tombez, F. Cappelli, S. Schilt, G. Di Domenico, S. Bartalini, and D. Hofstetter, Appl. Phys. Lett. 103, 031111 (2013).
[CrossRef]

2012 (5)

2011 (2)

S. Borri, S. Bartalini, P. C. Pastor, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M. Yamanishi, and P. De Natale, IEEE J. Quantum Electron. 47, 984 (2011).
[CrossRef]

L. Tombez, J. Di Francesco, S. Schilt, G. Di Domenico, J. Faist, P. Thomann, and D. Hofstetter, Opt. Lett. 36, 3109 (2011).
[CrossRef]

2010 (3)

G. Di Domenico, S. Schilt, and P. Thomann, Appl. Opt. 49, 4801 (2010).
[CrossRef]

G. Chen, R. Martini, S. Park, C. G. Bethea, I.-C. A. Chen, P. D. Grant, R. Dudek, and H. C. Liu, Appl. Phys. Lett. 97, 011102 (2010).
[CrossRef]

S. Bartalini, S. Borri, P. Cancio, A. Castrillo, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, L. Gianfrani, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 104, 083904 (2010).
[CrossRef]

2005 (1)

2003 (1)

T. Aellen, S. Blaser, M. Beck, D. Hofstetter, J. Faist, and E. Gini, Appl. Phys. Lett. 83, 1929 (2003).
[CrossRef]

2002 (1)

1999 (1)

1994 (1)

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

1993 (1)

E. Goobar, A. Karlsson, and S. Machida, IEEE J. Quantum Electron. 29, 386 (1993).
[CrossRef]

Abgrall, M.

B. Chanteau, O. Lopez, W. Zhang, D. Nicolodi, B. Argence, F. Auguste, M. Abgrall, C. Chardonnet, G. Santarelli, B. Darquié, Y. L. Coq, and A. Amy-Klein, New J. Phys. 15, 073003 (2013).
[CrossRef]

Aellen, T.

T. Aellen, S. Blaser, M. Beck, D. Hofstetter, J. Faist, and E. Gini, Appl. Phys. Lett. 83, 1929 (2003).
[CrossRef]

Akikusa, N.

I. Galli, M. Siciliani de Cumis, F. Cappelli, S. Bartalini, D. Mazzotti, S. Borri, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, G. Giusfredi, P. Cancio, and P. De Natale, Appl. Phys. Lett. 102, 121117 (2013).
[CrossRef]

F. Cappelli, I. Galli, S. Borri, G. Giusfredi, P. Cancio, D. Mazzotti, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, S. Bartalini, and P. De Natale, Opt. Lett. 37, 4811 (2012).
[CrossRef]

Amy-Klein, A.

B. Chanteau, O. Lopez, W. Zhang, D. Nicolodi, B. Argence, F. Auguste, M. Abgrall, C. Chardonnet, G. Santarelli, B. Darquié, Y. L. Coq, and A. Amy-Klein, New J. Phys. 15, 073003 (2013).
[CrossRef]

Argence, B.

B. Chanteau, O. Lopez, W. Zhang, D. Nicolodi, B. Argence, F. Auguste, M. Abgrall, C. Chardonnet, G. Santarelli, B. Darquié, Y. L. Coq, and A. Amy-Klein, New J. Phys. 15, 073003 (2013).
[CrossRef]

Armacost, C. M.

Auguste, F.

B. Chanteau, O. Lopez, W. Zhang, D. Nicolodi, B. Argence, F. Auguste, M. Abgrall, C. Chardonnet, G. Santarelli, B. Darquié, Y. L. Coq, and A. Amy-Klein, New J. Phys. 15, 073003 (2013).
[CrossRef]

Baillargeon, J. N.

Bartalini, S.

L. Tombez, F. Cappelli, S. Schilt, G. Di Domenico, S. Bartalini, and D. Hofstetter, Appl. Phys. Lett. 103, 031111 (2013).
[CrossRef]

I. Galli, M. Siciliani de Cumis, F. Cappelli, S. Bartalini, D. Mazzotti, S. Borri, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, G. Giusfredi, P. Cancio, and P. De Natale, Appl. Phys. Lett. 102, 121117 (2013).
[CrossRef]

F. Cappelli, I. Galli, S. Borri, G. Giusfredi, P. Cancio, D. Mazzotti, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, S. Bartalini, and P. De Natale, Opt. Lett. 37, 4811 (2012).
[CrossRef]

M. S. Vitiello, L. Consolino, S. Bartalini, A. Taschin, A. Tredicucci, M. Inguscio, and P. De Natale, Nat. Photonics 6, 525 (2012).
[CrossRef]

S. Borri, S. Bartalini, P. C. Pastor, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M. Yamanishi, and P. De Natale, IEEE J. Quantum Electron. 47, 984 (2011).
[CrossRef]

S. Bartalini, S. Borri, P. Cancio, A. Castrillo, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, L. Gianfrani, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 104, 083904 (2010).
[CrossRef]

Beck, M.

T. Aellen, S. Blaser, M. Beck, D. Hofstetter, J. Faist, and E. Gini, Appl. Phys. Lett. 83, 1929 (2003).
[CrossRef]

Bethea, C. G.

G. Chen, R. Martini, S. Park, C. G. Bethea, I.-C. A. Chen, P. D. Grant, R. Dudek, and H. C. Liu, Appl. Phys. Lett. 97, 011102 (2010).
[CrossRef]

Blaser, S.

T. Aellen, S. Blaser, M. Beck, D. Hofstetter, J. Faist, and E. Gini, Appl. Phys. Lett. 83, 1929 (2003).
[CrossRef]

Borri, S.

I. Galli, M. Siciliani de Cumis, F. Cappelli, S. Bartalini, D. Mazzotti, S. Borri, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, G. Giusfredi, P. Cancio, and P. De Natale, Appl. Phys. Lett. 102, 121117 (2013).
[CrossRef]

F. Cappelli, I. Galli, S. Borri, G. Giusfredi, P. Cancio, D. Mazzotti, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, S. Bartalini, and P. De Natale, Opt. Lett. 37, 4811 (2012).
[CrossRef]

S. Borri, S. Bartalini, P. C. Pastor, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M. Yamanishi, and P. De Natale, IEEE J. Quantum Electron. 47, 984 (2011).
[CrossRef]

S. Bartalini, S. Borri, P. Cancio, A. Castrillo, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, L. Gianfrani, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 104, 083904 (2010).
[CrossRef]

Cancio, P.

I. Galli, M. Siciliani de Cumis, F. Cappelli, S. Bartalini, D. Mazzotti, S. Borri, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, G. Giusfredi, P. Cancio, and P. De Natale, Appl. Phys. Lett. 102, 121117 (2013).
[CrossRef]

F. Cappelli, I. Galli, S. Borri, G. Giusfredi, P. Cancio, D. Mazzotti, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, S. Bartalini, and P. De Natale, Opt. Lett. 37, 4811 (2012).
[CrossRef]

S. Bartalini, S. Borri, P. Cancio, A. Castrillo, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, L. Gianfrani, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 104, 083904 (2010).
[CrossRef]

Cannon, B. D.

Capasso, F.

Cappelli, F.

I. Galli, M. Siciliani de Cumis, F. Cappelli, S. Bartalini, D. Mazzotti, S. Borri, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, G. Giusfredi, P. Cancio, and P. De Natale, Appl. Phys. Lett. 102, 121117 (2013).
[CrossRef]

L. Tombez, F. Cappelli, S. Schilt, G. Di Domenico, S. Bartalini, and D. Hofstetter, Appl. Phys. Lett. 103, 031111 (2013).
[CrossRef]

F. Cappelli, I. Galli, S. Borri, G. Giusfredi, P. Cancio, D. Mazzotti, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, S. Bartalini, and P. De Natale, Opt. Lett. 37, 4811 (2012).
[CrossRef]

Castrillo, A.

S. Bartalini, S. Borri, P. Cancio, A. Castrillo, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, L. Gianfrani, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 104, 083904 (2010).
[CrossRef]

Chanteau, B.

B. Chanteau, O. Lopez, W. Zhang, D. Nicolodi, B. Argence, F. Auguste, M. Abgrall, C. Chardonnet, G. Santarelli, B. Darquié, Y. L. Coq, and A. Amy-Klein, New J. Phys. 15, 073003 (2013).
[CrossRef]

Chardonnet, C.

B. Chanteau, O. Lopez, W. Zhang, D. Nicolodi, B. Argence, F. Auguste, M. Abgrall, C. Chardonnet, G. Santarelli, B. Darquié, Y. L. Coq, and A. Amy-Klein, New J. Phys. 15, 073003 (2013).
[CrossRef]

Chen, G.

G. Chen, R. Martini, S. Park, C. G. Bethea, I.-C. A. Chen, P. D. Grant, R. Dudek, and H. C. Liu, Appl. Phys. Lett. 97, 011102 (2010).
[CrossRef]

Chen, I.-C. A.

G. Chen, R. Martini, S. Park, C. G. Bethea, I.-C. A. Chen, P. D. Grant, R. Dudek, and H. C. Liu, Appl. Phys. Lett. 97, 011102 (2010).
[CrossRef]

Cho, A. Y.

Consolino, L.

M. S. Vitiello, L. Consolino, S. Bartalini, A. Taschin, A. Tredicucci, M. Inguscio, and P. De Natale, Nat. Photonics 6, 525 (2012).
[CrossRef]

Coq, Y. L.

B. Chanteau, O. Lopez, W. Zhang, D. Nicolodi, B. Argence, F. Auguste, M. Abgrall, C. Chardonnet, G. Santarelli, B. Darquié, Y. L. Coq, and A. Amy-Klein, New J. Phys. 15, 073003 (2013).
[CrossRef]

Crivello, S.

Darquié, B.

B. Chanteau, O. Lopez, W. Zhang, D. Nicolodi, B. Argence, F. Auguste, M. Abgrall, C. Chardonnet, G. Santarelli, B. Darquié, Y. L. Coq, and A. Amy-Klein, New J. Phys. 15, 073003 (2013).
[CrossRef]

De Natale, P.

I. Galli, M. Siciliani de Cumis, F. Cappelli, S. Bartalini, D. Mazzotti, S. Borri, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, G. Giusfredi, P. Cancio, and P. De Natale, Appl. Phys. Lett. 102, 121117 (2013).
[CrossRef]

F. Cappelli, I. Galli, S. Borri, G. Giusfredi, P. Cancio, D. Mazzotti, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, S. Bartalini, and P. De Natale, Opt. Lett. 37, 4811 (2012).
[CrossRef]

M. S. Vitiello, L. Consolino, S. Bartalini, A. Taschin, A. Tredicucci, M. Inguscio, and P. De Natale, Nat. Photonics 6, 525 (2012).
[CrossRef]

S. Borri, S. Bartalini, P. C. Pastor, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M. Yamanishi, and P. De Natale, IEEE J. Quantum Electron. 47, 984 (2011).
[CrossRef]

S. Bartalini, S. Borri, P. Cancio, A. Castrillo, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, L. Gianfrani, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 104, 083904 (2010).
[CrossRef]

Di Domenico, G.

Di Francesco, J.

Domenico, G. D.

L. Tombez, S. Schilt, J. D. Francesco, T. Führer, B. Rein, T. Walther, G. D. Domenico, D. Hofstetter, and P. Thomann, Appl. Phys. B 109, 407 (2012).
[CrossRef]

Dudek, R.

G. Chen, R. Martini, S. Park, C. G. Bethea, I.-C. A. Chen, P. D. Grant, R. Dudek, and H. C. Liu, Appl. Phys. Lett. 97, 011102 (2010).
[CrossRef]

Faist, J.

L. Tombez, J. Di Francesco, S. Schilt, G. Di Domenico, J. Faist, P. Thomann, and D. Hofstetter, Opt. Lett. 36, 3109 (2011).
[CrossRef]

T. Aellen, S. Blaser, M. Beck, D. Hofstetter, J. Faist, and E. Gini, Appl. Phys. Lett. 83, 1929 (2003).
[CrossRef]

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

Francesco, J. D.

L. Tombez, S. Schilt, J. D. Francesco, T. Führer, B. Rein, T. Walther, G. D. Domenico, D. Hofstetter, and P. Thomann, Appl. Phys. B 109, 407 (2012).
[CrossRef]

Führer, T.

L. Tombez, S. Schilt, J. D. Francesco, T. Führer, B. Rein, T. Walther, G. D. Domenico, D. Hofstetter, and P. Thomann, Appl. Phys. B 109, 407 (2012).
[CrossRef]

Galli, I.

I. Galli, M. Siciliani de Cumis, F. Cappelli, S. Bartalini, D. Mazzotti, S. Borri, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, G. Giusfredi, P. Cancio, and P. De Natale, Appl. Phys. Lett. 102, 121117 (2013).
[CrossRef]

F. Cappelli, I. Galli, S. Borri, G. Giusfredi, P. Cancio, D. Mazzotti, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, S. Bartalini, and P. De Natale, Opt. Lett. 37, 4811 (2012).
[CrossRef]

S. Borri, S. Bartalini, P. C. Pastor, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M. Yamanishi, and P. De Natale, IEEE J. Quantum Electron. 47, 984 (2011).
[CrossRef]

S. Bartalini, S. Borri, P. Cancio, A. Castrillo, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, L. Gianfrani, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 104, 083904 (2010).
[CrossRef]

Gianfrani, L.

S. Bartalini, S. Borri, P. Cancio, A. Castrillo, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, L. Gianfrani, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 104, 083904 (2010).
[CrossRef]

Gini, E.

T. Aellen, S. Blaser, M. Beck, D. Hofstetter, J. Faist, and E. Gini, Appl. Phys. Lett. 83, 1929 (2003).
[CrossRef]

Giorgetta, F. R.

Giusfredi, G.

I. Galli, M. Siciliani de Cumis, F. Cappelli, S. Bartalini, D. Mazzotti, S. Borri, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, G. Giusfredi, P. Cancio, and P. De Natale, Appl. Phys. Lett. 102, 121117 (2013).
[CrossRef]

F. Cappelli, I. Galli, S. Borri, G. Giusfredi, P. Cancio, D. Mazzotti, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, S. Bartalini, and P. De Natale, Opt. Lett. 37, 4811 (2012).
[CrossRef]

S. Borri, S. Bartalini, P. C. Pastor, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M. Yamanishi, and P. De Natale, IEEE J. Quantum Electron. 47, 984 (2011).
[CrossRef]

S. Bartalini, S. Borri, P. Cancio, A. Castrillo, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, L. Gianfrani, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 104, 083904 (2010).
[CrossRef]

Gmachl, C.

Goobar, E.

E. Goobar, A. Karlsson, and S. Machida, IEEE J. Quantum Electron. 29, 386 (1993).
[CrossRef]

Grant, P. D.

G. Chen, R. Martini, S. Park, C. G. Bethea, I.-C. A. Chen, P. D. Grant, R. Dudek, and H. C. Liu, Appl. Phys. Lett. 97, 011102 (2010).
[CrossRef]

Hall, J. L.

Hartman, J. S.

Hofstetter, D.

L. Tombez, F. Cappelli, S. Schilt, G. Di Domenico, S. Bartalini, and D. Hofstetter, Appl. Phys. Lett. 103, 031111 (2013).
[CrossRef]

L. Tombez, S. Schilt, J. Di Francesco, P. Thomann, and D. Hofstetter, Opt. Express, 20, 6851 (2012).
[CrossRef]

L. Tombez, S. Schilt, J. D. Francesco, T. Führer, B. Rein, T. Walther, G. D. Domenico, D. Hofstetter, and P. Thomann, Appl. Phys. B 109, 407 (2012).
[CrossRef]

L. Tombez, J. Di Francesco, S. Schilt, G. Di Domenico, J. Faist, P. Thomann, and D. Hofstetter, Opt. Lett. 36, 3109 (2011).
[CrossRef]

T. Aellen, S. Blaser, M. Beck, D. Hofstetter, J. Faist, and E. Gini, Appl. Phys. Lett. 83, 1929 (2003).
[CrossRef]

Hu, Q.

Hutchinson, A. L.

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

Inguscio, M.

M. S. Vitiello, L. Consolino, S. Bartalini, A. Taschin, A. Tredicucci, M. Inguscio, and P. De Natale, Nat. Photonics 6, 525 (2012).
[CrossRef]

Karlsson, A.

E. Goobar, A. Karlsson, and S. Machida, IEEE J. Quantum Electron. 29, 386 (1993).
[CrossRef]

Kelly, J. F.

Knabe, K.

Kumar, S.

Liu, H. C.

G. Chen, R. Martini, S. Park, C. G. Bethea, I.-C. A. Chen, P. D. Grant, R. Dudek, and H. C. Liu, Appl. Phys. Lett. 97, 011102 (2010).
[CrossRef]

Lopez, O.

B. Chanteau, O. Lopez, W. Zhang, D. Nicolodi, B. Argence, F. Auguste, M. Abgrall, C. Chardonnet, G. Santarelli, B. Darquié, Y. L. Coq, and A. Amy-Klein, New J. Phys. 15, 073003 (2013).
[CrossRef]

Machida, S.

E. Goobar, A. Karlsson, and S. Machida, IEEE J. Quantum Electron. 29, 386 (1993).
[CrossRef]

Martini, R.

G. Chen, R. Martini, S. Park, C. G. Bethea, I.-C. A. Chen, P. D. Grant, R. Dudek, and H. C. Liu, Appl. Phys. Lett. 97, 011102 (2010).
[CrossRef]

Mazzotti, D.

I. Galli, M. Siciliani de Cumis, F. Cappelli, S. Bartalini, D. Mazzotti, S. Borri, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, G. Giusfredi, P. Cancio, and P. De Natale, Appl. Phys. Lett. 102, 121117 (2013).
[CrossRef]

F. Cappelli, I. Galli, S. Borri, G. Giusfredi, P. Cancio, D. Mazzotti, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, S. Bartalini, and P. De Natale, Opt. Lett. 37, 4811 (2012).
[CrossRef]

S. Borri, S. Bartalini, P. C. Pastor, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M. Yamanishi, and P. De Natale, IEEE J. Quantum Electron. 47, 984 (2011).
[CrossRef]

S. Bartalini, S. Borri, P. Cancio, A. Castrillo, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, L. Gianfrani, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 104, 083904 (2010).
[CrossRef]

Montori, A.

I. Galli, M. Siciliani de Cumis, F. Cappelli, S. Bartalini, D. Mazzotti, S. Borri, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, G. Giusfredi, P. Cancio, and P. De Natale, Appl. Phys. Lett. 102, 121117 (2013).
[CrossRef]

F. Cappelli, I. Galli, S. Borri, G. Giusfredi, P. Cancio, D. Mazzotti, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, S. Bartalini, and P. De Natale, Opt. Lett. 37, 4811 (2012).
[CrossRef]

Myers, T. L.

Newbury, N. R.

Nicolodi, D.

B. Chanteau, O. Lopez, W. Zhang, D. Nicolodi, B. Argence, F. Auguste, M. Abgrall, C. Chardonnet, G. Santarelli, B. Darquié, Y. L. Coq, and A. Amy-Klein, New J. Phys. 15, 073003 (2013).
[CrossRef]

Park, S.

G. Chen, R. Martini, S. Park, C. G. Bethea, I.-C. A. Chen, P. D. Grant, R. Dudek, and H. C. Liu, Appl. Phys. Lett. 97, 011102 (2010).
[CrossRef]

Pastor, P. C.

S. Borri, S. Bartalini, P. C. Pastor, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M. Yamanishi, and P. De Natale, IEEE J. Quantum Electron. 47, 984 (2011).
[CrossRef]

Radunsky, M. B.

Rein, B.

L. Tombez, S. Schilt, J. D. Francesco, T. Führer, B. Rein, T. Walther, G. D. Domenico, D. Hofstetter, and P. Thomann, Appl. Phys. B 109, 407 (2012).
[CrossRef]

Reno, J. L.

Santarelli, G.

B. Chanteau, O. Lopez, W. Zhang, D. Nicolodi, B. Argence, F. Auguste, M. Abgrall, C. Chardonnet, G. Santarelli, B. Darquié, Y. L. Coq, and A. Amy-Klein, New J. Phys. 15, 073003 (2013).
[CrossRef]

Schilt, S.

L. Tombez, F. Cappelli, S. Schilt, G. Di Domenico, S. Bartalini, and D. Hofstetter, Appl. Phys. Lett. 103, 031111 (2013).
[CrossRef]

L. Tombez, S. Schilt, J. Di Francesco, P. Thomann, and D. Hofstetter, Opt. Express, 20, 6851 (2012).
[CrossRef]

L. Tombez, S. Schilt, J. D. Francesco, T. Führer, B. Rein, T. Walther, G. D. Domenico, D. Hofstetter, and P. Thomann, Appl. Phys. B 109, 407 (2012).
[CrossRef]

L. Tombez, J. Di Francesco, S. Schilt, G. Di Domenico, J. Faist, P. Thomann, and D. Hofstetter, Opt. Lett. 36, 3109 (2011).
[CrossRef]

G. Di Domenico, S. Schilt, and P. Thomann, Appl. Opt. 49, 4801 (2010).
[CrossRef]

Sharpe, S. W.

Siciliani de Cumis, M.

I. Galli, M. Siciliani de Cumis, F. Cappelli, S. Bartalini, D. Mazzotti, S. Borri, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, G. Giusfredi, P. Cancio, and P. De Natale, Appl. Phys. Lett. 102, 121117 (2013).
[CrossRef]

Sirtori, C.

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

Sivco, D. L.

Taschin, A.

M. S. Vitiello, L. Consolino, S. Bartalini, A. Taschin, A. Tredicucci, M. Inguscio, and P. De Natale, Nat. Photonics 6, 525 (2012).
[CrossRef]

Taubman, M. S.

Thomann, P.

Tombez, L.

L. Tombez, F. Cappelli, S. Schilt, G. Di Domenico, S. Bartalini, and D. Hofstetter, Appl. Phys. Lett. 103, 031111 (2013).
[CrossRef]

L. Tombez, S. Schilt, J. Di Francesco, P. Thomann, and D. Hofstetter, Opt. Express, 20, 6851 (2012).
[CrossRef]

L. Tombez, S. Schilt, J. D. Francesco, T. Führer, B. Rein, T. Walther, G. D. Domenico, D. Hofstetter, and P. Thomann, Appl. Phys. B 109, 407 (2012).
[CrossRef]

L. Tombez, J. Di Francesco, S. Schilt, G. Di Domenico, J. Faist, P. Thomann, and D. Hofstetter, Opt. Lett. 36, 3109 (2011).
[CrossRef]

Tredicucci, A.

M. S. Vitiello, L. Consolino, S. Bartalini, A. Taschin, A. Tredicucci, M. Inguscio, and P. De Natale, Nat. Photonics 6, 525 (2012).
[CrossRef]

Vitiello, M. S.

M. S. Vitiello, L. Consolino, S. Bartalini, A. Taschin, A. Tredicucci, M. Inguscio, and P. De Natale, Nat. Photonics 6, 525 (2012).
[CrossRef]

Walther, T.

L. Tombez, S. Schilt, J. D. Francesco, T. Führer, B. Rein, T. Walther, G. D. Domenico, D. Hofstetter, and P. Thomann, Appl. Phys. B 109, 407 (2012).
[CrossRef]

Williams, B. S.

Williams, P. A.

Williams, R. M.

Yamanishi, M.

I. Galli, M. Siciliani de Cumis, F. Cappelli, S. Bartalini, D. Mazzotti, S. Borri, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, G. Giusfredi, P. Cancio, and P. De Natale, Appl. Phys. Lett. 102, 121117 (2013).
[CrossRef]

F. Cappelli, I. Galli, S. Borri, G. Giusfredi, P. Cancio, D. Mazzotti, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, S. Bartalini, and P. De Natale, Opt. Lett. 37, 4811 (2012).
[CrossRef]

S. Borri, S. Bartalini, P. C. Pastor, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M. Yamanishi, and P. De Natale, IEEE J. Quantum Electron. 47, 984 (2011).
[CrossRef]

Zhang, W.

B. Chanteau, O. Lopez, W. Zhang, D. Nicolodi, B. Argence, F. Auguste, M. Abgrall, C. Chardonnet, G. Santarelli, B. Darquié, Y. L. Coq, and A. Amy-Klein, New J. Phys. 15, 073003 (2013).
[CrossRef]

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. B (1)

L. Tombez, S. Schilt, J. D. Francesco, T. Führer, B. Rein, T. Walther, G. D. Domenico, D. Hofstetter, and P. Thomann, Appl. Phys. B 109, 407 (2012).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (4)

G. Chen, R. Martini, S. Park, C. G. Bethea, I.-C. A. Chen, P. D. Grant, R. Dudek, and H. C. Liu, Appl. Phys. Lett. 97, 011102 (2010).
[CrossRef]

L. Tombez, F. Cappelli, S. Schilt, G. Di Domenico, S. Bartalini, and D. Hofstetter, Appl. Phys. Lett. 103, 031111 (2013).
[CrossRef]

T. Aellen, S. Blaser, M. Beck, D. Hofstetter, J. Faist, and E. Gini, Appl. Phys. Lett. 83, 1929 (2003).
[CrossRef]

I. Galli, M. Siciliani de Cumis, F. Cappelli, S. Bartalini, D. Mazzotti, S. Borri, A. Montori, N. Akikusa, M. Yamanishi, G. Giusfredi, P. Cancio, and P. De Natale, Appl. Phys. Lett. 102, 121117 (2013).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (2)

S. Borri, S. Bartalini, P. C. Pastor, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, M. Yamanishi, and P. De Natale, IEEE J. Quantum Electron. 47, 984 (2011).
[CrossRef]

E. Goobar, A. Karlsson, and S. Machida, IEEE J. Quantum Electron. 29, 386 (1993).
[CrossRef]

Nat. Photonics (1)

M. S. Vitiello, L. Consolino, S. Bartalini, A. Taschin, A. Tredicucci, M. Inguscio, and P. De Natale, Nat. Photonics 6, 525 (2012).
[CrossRef]

New J. Phys. (1)

B. Chanteau, O. Lopez, W. Zhang, D. Nicolodi, B. Argence, F. Auguste, M. Abgrall, C. Chardonnet, G. Santarelli, B. Darquié, Y. L. Coq, and A. Amy-Klein, New J. Phys. 15, 073003 (2013).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (5)

Phys. Rev. Lett. (1)

S. Bartalini, S. Borri, P. Cancio, A. Castrillo, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, L. Gianfrani, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 104, 083904 (2010).
[CrossRef]

Science (1)

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Science 264, 553 (1994).
[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 (4)

Fig. 1.
Fig. 1.

Experimental setup. The VN across the QCL junction is amplified by a low-noise high-Z voltage-amplifier, processed through a PI controller and fed back to the QCL temperature using a fiber-coupled 1550 nm laser diode illuminating the top of the QCL chip. At the same time, the optical frequency of the QCL is analyzed using a ro-vibrational absorption line of carbon-monoxide acting as a frequency-to-intensity converter. On the right, a picture of the experimental setup shows the cover of the laser housing where a window was installed in order to illuminate the QCL with the near-IR radiation.

Fig. 2.
Fig. 2.

Simultaneous recordings of the QCL voltage (upper frame) and optical frequency (lower frame) with a 10 kHz bandwidth. When unlocked (t<2ms), a clear correlation between the voltage and frequency fluctuations is observed. Once enabled (t>2ms), the loop efficiently reduces the voltage fluctuations by acting on the QCL temperature and a reduction of the QCL frequency-noise is also observed.

Fig. 3.
Fig. 3.

Frequency noise PSD of the free-running and stabilized QCL. When the locking loop is enabled, a reduction of the frequency noise PSD by a factor of 10 is achieved. The bump observed at 300 kHz is due to an oscillation in the feedback loop. Inset: free-running and stabilized PSD of the VN across the QCL. A strong reduction of up to 3 orders of magnitude is achieved in the bandwidth of the feedback loop.

Fig. 4.
Fig. 4.

Dynamic response of the QCL voltage and optical frequency when the intensity of the near-IR radiation illuminating the QCL is modulated. The slight roll-off observed in the magnitude diagram above 100 Hz is due to the thermal dynamics in the QCL structure. Above 100 kHz, an important phase shift is introduced by the voltage-preamplifier and the near-IR laser driver. The overall phase (dashed line) at 300 kHz becomes close to 180° and explains the servo-bump and bandwidth limitation of the feedback loop.

Metrics