We report on the linewidth narrowing of a room-temperature mid-infrared quantum cascade laser by phase-locking to a difference-frequency-generated radiation referenced to an optical frequency comb synthesizer. A locking bandwidth of 250 kHz, with a residual rms phase-noise of 0.56 rad, has been achieved. The laser linewidth is narrowed by more than 2 orders of magnitude below 1 kHz, and its frequency is stabilized with an absolute traceability of 2×1012. This source has allowed the measurement of the absolute frequency of a CO2 molecular transition with an uncertainty of about 1 kHz.

1.
S. A.
Diddams
,
D. J.
Jones
,
J.
Ye
,
S. T.
Cundiff
,
J. L.
Hall
,
J. K.
Ranka
,
R. S.
Windeler
,
R.
Holzwarth
,
T.
Udem
, and
T. W.
Hänsch
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
5102
(
2000
).
2.
A.
Schliesser
,
N.
Picqué
, and
T. W.
Hänsch
,
Nat. Photonics
6
,
440
(
2012
).
3.
M.
Zimmermann
,
C.
Gohle
,
R.
Holzwarth
,
T.
Udem
, and
T. W.
Hänsch
,
Opt. Lett.
29
,
310
(
2004
).
4.
C.
Erny
,
K.
Moutzouris
,
J.
Biegert
,
D.
Kühlke
,
F.
Adler
,
A.
Leitenstorfer
, and
U.
Keller
,
Opt. Lett.
32
,
1138
(
2007
).
5.
E.
Baumann
,
F. R.
Giorgetta
,
W. C.
Swann
,
A. M.
Zolot
,
I. R.
Coddington
, and
N. R.
Newbury
,
Phys. Rev. A
84
,
062513
(
2011
).
6.
A.
Ruehl
,
A.
Gambetta
,
I.
Hartl
,
M. E.
Fermann
,
K. S. E.
Eikema
, and
M.
Marangoni
,
Opt. Lett.
37
,
2232
(
2012
).
7.
F.
Adler
,
K. C.
Cossel
,
M. J.
Thorpe
,
I.
Hartl
,
M. E.
Fermann
, and
J.
Ye
,
Opt. Lett.
34
,
1330
(
2009
).
8.
N.
Leindecker
,
A.
Marandi
,
R. L.
Byer
, and
K. L.
Vodopyanov
,
Opt. Express
19
,
6296
(
2011
).
9.
I.
Galli
,
S.
Bartalini
,
P.
Cancio
,
G.
Giusfredi
,
D.
Mazzotti
, and
P.
De Natale
,
Opt. Express
17
,
9582
(
2009
).
10.
I.
Galli
,
S.
Bartalini
,
S.
Borri
,
P.
Cancio
,
G.
Giusfredi
,
D.
Mazzotti
, and
P.
De Natale
,
Opt. Lett.
35
,
3616
(
2010
).
11.
M. H.
Dunn
and
M.
Ebrahimzadeh
,
Science
286
,
1513
(
1999
).
12.
I.
Galli
,
S.
Bartalini
,
S.
Borri
,
P.
Cancio
,
D.
Mazzotti
,
P.
De Natale
, and
G.
Giusfredi
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
270802
(
2011
).
13.
G.
Giusfredi
,
S.
Bartalini
,
S.
Borri
,
P.
Cancio
,
I.
Galli
,
D.
Mazzotti
, and
P.
De Natale
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
110801
(
2010
).
14.
I.
Ricciardi
,
E. D.
Tommasi
,
P.
Maddaloni
,
S.
Mosca
,
A.
Rocco
,
J.-J.
Zondy
,
M. D.
Rosa
, and
P.
De Natale
,
Opt. Express
20
,
9178
(
2012
).
15.
J.
Faist
,
F.
Capasso
,
D. L.
Sivco
,
C.
Sirtori
,
A. L.
Hutchinson
, and
A. Y.
Cho
,
Science
264
,
553
(
1994
).
16.
R.
Maulini
,
I.
Dunayevskiy
,
A.
Lyakh
,
A.
Tsekoun
,
C. K. N.
Patel
,
L.
Diehl
,
C.
Pflugl
, and
F.
Capasso
,
Electron. Lett.
45
,
107
(
2009
).
17.
Q. Y.
Lu
,
Y.
Bai
,
N.
Bandyopadhyay
,
S.
Slivken
, and
M.
Razeghi
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
181106
(
2011
).
18.
M.
Yamanishi
,
T.
Edamura
,
K.
Fujita
,
N.
Akikusa
, and
H.
Kan
,
IEEE J. Quantum Electron.
44
,
12
(
2008
).
19.
L.
Tombez
,
J. D.
Francesco
,
S.
Schilt
,
G. D.
Domenico
,
J.
Faist
,
P.
Thomann
, and
D.
Hofstetter
,
Opt. Lett.
36
,
3109
(
2011
).
20.
S.
Bartalini
,
S.
Borri
,
I.
Galli
,
G.
Giusfredi
,
D.
Mazzotti
,
T.
Edamura
,
N.
Akikusa
,
M.
Yamanishi
, and
P.
De Natale
,
Opt. Express
19
,
17996
(
2011
).
21.
M. S.
Vitiello
,
L.
Consolino
,
S.
Bartalini
,
A.
Taschin
,
A.
Tredicucci
,
M.
Inguscio
, and
P.
De Natale
,
Nat. Photonics
6
,
525
(
2012
).
22.
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
).
23.
S.
Borri
,
I.
Galli
,
F.
Cappelli
,
A.
Bismuto
,
S.
Bartalini
,
P.
Cancio
,
G.
Giusfredi
,
D.
Mazzotti
,
J.
Faist
, and
P.
De Natale
,
Opt. Lett.
37
,
1011
(
2012
).
24.
S.
Barbieri
,
P.
Gellie
,
G.
Santarelli
,
L.
Ding
,
W.
Maineult
,
C.
Sirtori
,
R.
Colombelli
,
H.
Beere
, and
D.
Ritchie
,
Nat. Photonics
4
,
636
(
2010
).
25.
A.
Mills
,
D.
Gatti
,
J.
Jiang
,
C.
Mohr
,
W.
Mefford
,
L.
Gianfrani
,
M.
Fermann
,
I.
Hartl
, and
M.
Marangoni
,
Opt. Lett.
37
,
4083
(
2012
).
26.
M.
Prevedelli
,
T.
Freegarde
, and
T. W.
Hänsch
,
Appl. Phys. B
60
,
73
(
1995
).
You do not currently have access to this content.