We present a monolithic solution to extract efficiently light from terahertz quantum cascade lasers with metal-metal waveguides suitable for broadband frequency comb applications. The design is optimized for a bandwidth of 400 GHz around a center frequency of 2.5 THz. A five-fold increase in total output power is observed compared to standard metal-metal waveguides. The extractor features a single-lobed far-field pattern and increases the frequency comb dynamical range to cover more than 50% of the laser dynamic range. Frequency comb operation up to a spectral bandwidth of 670 GHz is achieved.
References
1.
A.
Hugi
, G.
Villares
, S.
Blaser
, H. C.
Liu
, and J.
Faist
, Nature
492
, 229
(2012
).2.
D.
Burghoff
, T.-Y.
Kao
, N.
Han
, I. C. C.
Wang
, X.
Cai
, Y.
Yang
, D. J.
Hayton
, J.-R.
Gao
, J. L.
Reno
, and Q.
Hu
, Nat. Photonics
8
, 462
(2014
).3.
M.
Rösch
, G.
Scalari
, M.
Beck
, and J.
Faist
, Nat. Photonics
9
, 42
(2015
).4.
J.
Faist
, G.
Villares
, G.
Scalari
, M.
Rösch
, C.
Bonzon
, A.
Hugi
, and M.
Beck
, Nanophotonics
5
, 272
(2016
).5.
G.
Villares
, A.
Hugi
, S.
Blaser
, and J.
Faist
, Nat. Commun.
5
, 5192
(2014
).6.
H.
Telle
, G.
Steinmeyer
, A.
Dunlop
, J.
Stenger
, D.
Sutter
, and U.
Keller
, Appl. Phys. B
69
, 327
(1999
).7.
D. J.
Jones
, S. A.
Diddams
, J. K.
Ranka
, A.
Stentz
, R. S.
Windeler
, J. L.
Hall
, and S. T.
Cundiff
, Science
288
, 635
(2000
).8.
T.
Udem
, R.
Holzwarth
, and T. W.
Hänsch
, Nature
416
, 233
(2002
).9.
D.
Turčinková
, G.
Scalari
, F.
Castellano
, M. I.
Amanti
, M.
Beck
, and J.
Faist
, Appl. Phys. Lett.
99
, 191104
(2011
).10.
B. S.
Williams
, S.
Kumar
, H.
Callebaut
, Q.
Hu
, and J. L.
Reno
, Appl. Phys. Lett.
83
, 2124
(2003
).11.
D.
Bachmann
, M.
Rösch
, M. J.
Süess
, M.
Beck
, K.
Unterrainer
, J.
Darmo
, J.
Faist
, and G.
Scalari
, Optica
3
, 1087
(2016
).12.
D.
Bachmann
, M.
Rösch
, G.
Scalari
, M.
Beck
, J.
Faist
, K.
Unterrainer
, and J.
Darmo
, Appl. Phys. Lett.
109
, 221107
(2016
).13.
S.
Kohen
, B. S.
Williams
, and Q.
Hu
, J. Appl. Phys.
97
, 053106
(2005
).14.
A. J. L.
Adam
, I.
Kašalynas
, J. N.
Hovenier
, T. O.
Klaassen
, J. R.
Gao
, E. E.
Orlova
, B. S.
Williams
, S.
Kumar
, Q.
Hu
, and J. L.
Reno
, Appl. Phys. Lett.
88
, 151105
(2006
).15.
M. I.
Amanti
, G.
Scalari
, R.
Terazzi
, M.
Fischer
, M.
Beck
, J.
Faist
, A.
Rudra
, P.
Gallo
, and E.
Kapon
, New J. Phys.
11
, 125022
(2009
).16.
G.
Xu
, R.
Colombelli
, S. P.
Khanna
, A.
Belarouci
, X.
Letartre
, L.
Li
, E. H.
Linfield
, G. A.
Davies
, H. E.
Beere
, and D. A.
Ritchie
, Nat. Commun.
3
, 952
(2012
).17.
G.
Xu
, L.
Li
, N.
Isac
, Y.
Halioua
, A.
Giles Davies
, E. H.
Linfield
, and R.
Colombelli
, Appl. Phys. Lett.
104
, 091112
(2014
).18.
G.
Liang
, H.
Liang
, Y.
Zhang
, L.
Li
, A. G.
Davies
, E.
Linfield
, S. F.
Yu
, H. C.
Liu
, and Q. J.
Wang
, Opt. Express
21
, 31872
(2013
).19.
Y.
Chassagneux
, R.
Colombelli
, W.
Maineult
, S.
Barbieri
, H. E.
Beere
, D. A.
Ritchie
, S. P.
Khanna
, E. H.
Linfield
, and A. G.
Davies
, Nature
457
, 174
(2009
).20.
Y.
Chassagneux
, R.
Colombelli
, W.
Maineult
, S.
Barbieri
, S. P.
Khanna
, E. H.
Linfield
, and A. G.
Davies
, Appl. Phys. Lett.
96
, 031104
(2010
).21.
Y.
Halioua
, G.
Xu
, S.
Moumdji
, L. H.
Li
, A. G.
Davies
, E. H.
Linfield
, and R.
Colombelli
, Opt. Lett.
39
, 3962
(2014
).22.
M. S.
Vitiello
, M.
Nobile
, A.
Ronzani
, A.
Tredicucci
, F.
Castellano
, V.
Talora
, L.
Lianhe
, E. H.
Linfield
, and G. A.
Davies
, Nat. Commun.
5
, 5884
(2014
).23.
L.
Xu
, C. A.
Curwen
, P. W. C.
Hon
, Q.-S.
Chen
, T.
Itoh
, and B. S.
Williams
, Appl. Phys. Lett.
107
, 221105
(2015
).24.
C.
Bonzon
, I. C.
Benea Chelmus
, K.
Ohtani
, M.
Geiser
, M.
Beck
, and J.
Faist
, Appl. Phys. Lett.
104
, 161102
(2014
).25.
L.
Bosco
, C.
Bonzon
, K.
Ohtani
, M.
Justen
, M.
Beck
, and J.
Faist
, Appl. Phys. Lett.
109
, 201103
(2016
).26.
M.
Justen
, C.
Bonzon
, K.
Ohtani
, M.
Beck
, U.
Graf
, and J.
Faist
, Opt. Lett.
41
, 4590
(2016
).27.
C.
Wu
, S.
Khanal
, J. L.
Reno
, and S.
Kumar
, Optica
3
, 734
(2016
).28.
S.
Schönhuber
, M.
Brandstetter
, T.
Hisch
, C.
Deutsch
, M.
Krall
, H.
Detz
, A. M.
Andrews
, G.
Strasser
, S.
Rotter
, and K.
Unterrainer
, Optica
3
, 1035
(2016
).29.
A. W. M.
Lee
, Q.
Qin
, S.
Kumar
, B. S.
Williams
, Q.
Hu
, and J. L.
Reno
, Opt. Lett.
32
, 2840
(2007
).30.
M. I.
Amanti
, M.
Fischer
, G.
Scalari
, M.
Beck
, and J.
Faist
, Nat. Photonics
3
, 586
(2009
).31.
A.
Brewer
, J. R.
Freeman
, P.
Cavalié
, J.
Maysonnave
, J.
Tignon
, S. S.
Dhillon
, H. E.
Beere
, and D. A.
Ritchie
, Appl. Phys. Lett.
104
, 081107
(2014
).32.
F.
Wang
, I.
Kundu
, L.
Chen
, L.
Li
, E. H.
Linfield
, A. G.
Davies
, S.
Moumdji
, R.
Colombelli
, J.
Mangeney
, J.
Tignon
, and S. S.
Dhillon
, Opt. Express
24
, 2174
(2016
).33.
M.
Rösch
, G.
Scalari
, G.
Villares
, L.
Bosco
, M.
Beck
, and J.
Faist
, Appl. Phys. Lett.
108
, 171104
(2016
).34.
H.
Li
, P.
Laffaille
, D.
Gacemi
, M.
Apfel
, C.
Sirtori
, J.
Leonardon
, G.
Santarelli
, M.
Rösch
, G.
Scalari
, M.
Beck
, J.
Faist
, W.
Hänsel
, R.
Holzwarth
, and S.
Barbieri
, Opt. Express
23
, 33270
(2015
).35.
T. S.
Mansuripur
, C.
Vernet
, P.
Chevalier
, G.
Aoust
, B.
Schwarz
, F.
Xie
, C.
Caneau
, K.
Lascola
, C.-E.
Zah
, D. P.
Caffey
, T.
Day
, L. J.
Missaggia
, M. K.
Connors
, C. A.
Wang
, A.
Belyanin
, and F.
Capasso
, Phys. Rev. A
94
, 063807
(2016
).© 2017 Author(s).
2017
Author(s)
You do not currently have access to this content.