The development of interband cascade lasers (ICLs) has made the strong C-H transitions in the 3 μm spectral region increasingly accessible. We present the demonstration of a single mode distributed feedback ICL coupled to a V-shaped optical cavity in an optical feedback cavity-enhanced absorption spectroscopy (OF-CEAS) experiment. We achieved a minimum detectable absorption coefficient, αmin, of (7.1±0.2)×108 cm−1 for a spectrum of CH4 at 3.24 μm with a two second acquisition time (100 scans averaged). This corresponds to a detection limit of 3 ppb CH4 at atmospheric pressure, which is comparable to previously reported OF-CEAS instruments with diode lasers or quantum cascade lasers. The ability to frequency lock an ICL source in the important 3 μm region to an optical cavity holds great promise for future spectroscopic applications.

1.
J.
Röpcke
,
P. B.
Davies
,
N.
Lang
,
A.
Rousseau
, and
S.
Welzel
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
45
,
423001
(
2012
).
2.
S.
Welzel
,
R.
Engeln
, and
J.
Röpcke
, “
Quantum cascade laser based chemical sensing using optically resonant cavities
,” in
Cavity-Enhanced Spectroscopy and Sensing
, Springer Series in Optical Sciences Vol.
179
, edited by
G.
Gagliardi
and
H.-P.
Loock
(
Springer
,
Berlin
,
2014
) p.
93
.
3.
J.
Faist
,
F.
Capasso
,
D. L.
Sivco
,
C.
Sirtori
,
L.
Albert
,
A. Y.
Cho
, and
Y.
Cho
,
Science
264
,
553
(
1994
).
4.
F.
Capasso
,
C.
Gmachl
,
R.
Paiella
,
A.
Tredicucci
,
A. L.
Hutchinson
,
D. L.
Sivco
,
J. N.
Baillargeon
,
A. Y.
Cho
, and
H. C.
Liu
,
IEEE J. Quantum Electron.
6
,
931
(
2000
).
5.
R.
Paiella
,
R.
Martini
,
F.
Capasso
,
C.
Gmachl
,
H. Y.
Hwang
,
D. L.
Sivco
,
J. N.
Baillargeon
,
A. Y.
Cho
,
E. A.
Whittaker
, and
H. C.
Liu
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
2526
(
2001
).
6.
M.
Beck
,
D.
Hofstetter
,
T.
Aellen
,
J.
Faist
,
U.
Oesterle
,
M.
Ilegems
,
E.
Gini
, and
H.
Melchior
,
Science
295
,
301
(
2002
).
7.
J.
Devenson
,
D.
Barate
,
O.
Cathabard
,
R.
Teissier
, and
A. N.
Baranov
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
191115
(
2006
).
8.
N.
Bandyopadhyay
,
Y.
Bai
,
S.
Tsao
,
S.
Nida
,
S.
Slivken
, and
M.
Razeghi
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
241110
(
2012
).
9.
I.
Vurgaftman
,
R.
Weih
,
M.
Kamp
,
J. R.
Meyer
,
C. L.
Canedy
,
C. S.
Kim
,
M.
Kim
,
W. W.
Bewley
,
C. D.
Merritt
,
J.
Abell
, and
S.
Hfling
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
48
,
123001
(
2015
).
10.
R.
Yang
,
Superlattices Microstruct.
1995
,
77
.
11.
J. R.
Meyer
,
I.
Vurgaftman
,
R. Q.
Yang
, and
L. R.
Ram-Mohan
,
Electron. Lett.
32
,
45
(
1996
).
12.
R. Q.
Yang
,
C. J.
Hill
, and
B. H.
Yang
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
151109
(
2005
).
13.
M.
Kim
,
C. L.
Canedy
,
W. W.
Bewley
,
C. S.
Kim
,
J. R.
Lindle
,
J.
Abell
,
I.
Vurgaftman
, and
J. R.
Meyer
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
191110
(
2008
).
14.
C. L.
Canedy
,
W. W.
Bewley
,
J. R.
Lindle
,
C. S.
Kim
,
M.
Kim
,
I.
Vurgaftman
, and
J. R.
Meyer
,
J. Electron. Mater.
35
,
453
(
2006
).
15.
I.
Vurgaftman
,
W. W.
Bewley
,
C. L.
Canedy
,
C. S.
Kim
,
M.
Kim
,
J.
Ryan Lindle
,
C. D.
Merritt
,
J.
Abell
, and
J. R.
Meyer
,
IEEE J. Quantum Electron.
17
,
1435
(
2011
).
16.
S.
Höfling
,
R.
Weih
,
M.
Dallner
, and
M.
Kamp
, “
Interband cascade lasers for the mid-infrared spectral region
,”
Proc. SPIE
9002
,
90021B
(
2014
).
17.
M.
Horstjann
,
Y.
Bakhirkin
,
A.
Kosterev
,
R.
Curl
,
F.
Tittel
,
C.
Wong
,
C.
Hill
, and
R.
Yang
,
Appl. Phys. B
79
,
799
(
2004
).
18.
J.
Miller
,
Y.
Bakhirkin
,
T.
Ajtai
,
F.
Tittel
,
C.
Hill
, and
R.
Yang
,
Appl. Phys. B
85
,
391
(
2006
).
19.
G.
Wysocki
,
Y.
Bakhirkin
,
S.
So
,
F. K.
Tittel
,
C. J.
Hill
,
R. Q.
Yang
, and
M. P.
Fraser
,
Appl. Opt.
46
,
8202
(
2007
).
20.
D. M.
Sonnenfroh
,
R. T.
Wainner
,
M. G.
Allen
, and
R. K.
Varner
,
Opt. Eng.
49
,
111118
(
2010
).
21.
J.
Morville
,
S.
Kassi
,
M.
Chenevier
, and
D.
Romanini
,
Appl. Phys. B
80
,
1027
(
2005
).
22.
J.
Morville
,
D.
Romanini
, and
E.
Kerstel
, “
Cavity enhanced absorption spectroscopy with optical feedback
,” in
Cavity-Enhanced Spectroscopy and Sensing
, Springer Series in Optical Sciences Vol.
179
, edited by
G.
Gagliardi
and
H.-P.
Loock
(
Springer
,
Berlin
,
2014
), p.
163
.
23.
D.
Romanini
,
M.
Chenevier
,
S.
Kassi
,
M.
Schmidt
,
C.
Valant
,
M.
Ramonet
,
J.
Lopez
, and
H.-J.
Jost
,
Appl. Phys. B
83
,
659
(
2006
).
24.
S. G.
Baran
,
G.
Hancock
,
R.
Peverall
,
G. A. D.
Ritchie
, and
N. J.
van Leeuwen
,
Analyst
134
,
243
(
2009
).
25.
G.
Maisons
,
P.
Gorrotxategi Carbajo
,
M.
Carras
, and
D.
Romanini
,
Opt. Lett.
35
,
3607
(
2010
).
26.
D. J.
Hamilton
and
A. J.
Orr-Ewing
,
Appl. Phys. B
102
,
879
(
2011
).
27.
A. G. V.
Bergin
,
G.
Hancock
,
G. A. D.
Ritchie
, and
D.
Weidmann
,
Opt. Lett.
38
,
2475
(
2013
).
28.
P.
Gorrotxategi-Carbajo
,
E.
Fasci
,
I.
Ventrillard
,
M.
Carras
,
G.
Maisons
, and
D.
Romanini
,
Appl. Phys. B
110
,
309
(
2013
).
29.
J. H.
van Helden
,
N.
Lang
,
U.
Macherius
,
H.
Zimmermann
, and
J.
Röpcke
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
131114
(
2013
);
J. H.
van Helden
,
N.
Lang
,
U.
Macherius
,
H.
Zimmermann
, and
J.
Röpcke
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
099901
(
2014
).
30.
L. S.
Rothman
,
I. E.
Gordon
,
Y.
Babikov
,
A.
Barbe
,
D. C.
Benner
,
P. F.
Bernath
,
M.
Birk
,
L.
Bizzocchi
,
V.
Boudon
,
L. R.
Brown
,
A.
Campargue
,
K.
Chance
,
E. A.
Cohen
,
L. H.
Coudert
,
V. M.
Devi
,
B. J.
Drouin
,
A.
Fayt
,
J.-M.
Flaud
,
R. R.
Gamache
,
J. J.
Harrison
,
J.-M.
Hartmann
,
C.
Hill
,
J. T.
Hodges
,
D.
Jacquemart
,
A.
Jolly
,
J.
Lamouroux
,
R. J.
LeRoy
,
G.
Li
,
D. A.
Long
,
O. M.
Lyulin
,
C. J.
Mackie
,
S. T.
Massie
,
S.
Mikhailenko
,
H. S. P.
Mller
,
O. V.
Naumenko
,
A. V.
Nikitin
,
J.
Orphal
,
V.
Perevalov
,
A.
Perrin
,
E. R.
Polovtseva
,
C.
Richard
,
M. A. H.
Smith
,
E.
Starikova
,
K.
Sung
,
S.
Tashkun
,
J.
Tennyson
,
G. C.
Toon
,
V. G.
Tyuterev
, and
G.
Wagner
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
130
,
4
(
2013
).
You do not currently have access to this content.