We report on the observation of saturation effects in Intracavity Faraday Modulation Spectroscopy (INFAMOS). A quantum cascade laser operating at 5.3 μm is used to probe the 2Π3/2 and 2Π1/2 R(3.5) transitions in the fundamental band of nitric oxide. With average intracavity intensities up to 450 W cm−2, the saturation of these molecular transitions is observed up to a total pressure of 240 Torr. The experimental data are interpreted by incorporating saturation into a model for the INFAMOS line shape in the homogeneously broadened limit.

1.
J.
Remillard
,
D.
Uy
,
W.
Weber
,
F.
Capasso
,
C.
Gmachl
,
A.
Hutchinson
,
D.
Sivco
,
J.
Baillargeon
, and
A.
Cho
,
Opt. Express
7
,
243
(
2000
).
2.
A.
Castrillo
,
E.
De Tommasi
,
L.
Gianfrani
,
L.
Sirigu
, and
J.
Faist
,
Opt. Lett.
31
,
3040
(
2006
).
3.
N.
Mukherjee
and
C. K. N.
Patel
,
Chem. Phys. Lett.
462
,
10
(
2008
).
4.
T. W.
Hänsch
and
B.
Couillaud
,
Opt. Commun.
35
,
441
(
1980
).
5.
A.
Arie
,
S.
Schiller
,
E. K.
Gustafson
, and
R. L.
Byer
,
Opt. Lett.
17
,
1204
(
1992
).
6.
S.
Borri
,
S.
Bartalini
,
I.
Galli
,
P.
Cancio
,
G.
Giusfredi
,
D.
Mazzotti
,
A.
Castrillo
,
L.
Gianfrani
, and
P.
De Natale
,
Opt. Express
16
,
11637
(
2008
).
7.
Y. H.
Lien
,
D. K.
Liu
, and
J. T.
Shy
,
Appl. Phys. B: Lasers Opt.
96
,
111
(
2009
).
8.
N.
Mukherjee
,
R.
Go
, and
C. K. N.
Patel
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
111116
(
2008
).
9.
J. M. R.
Kirkbride
,
S. K.
Causier
,
E. A.
McCormack
,
D.
Weidmann
, and
G. A. D.
Ritchie
,
Phys. Chem. Chem. Phys.: PCCP
15
,
2684
(
2013
).
10.
F.
Moreno
,
J. M.
Alvarez
,
J. C.
Amaré
, and
E.
Bernabeu
,
J. Appl. Phys.
56
,
1939
(
1984
).
11.
T. W.
Hänsch
,
I. S.
Shahin
, and
A. L.
Schawlow
,
Phys. Rev. Lett.
27
,
707
(
1971
).
12.
M. S.
Feld
,
M. M.
Burns
,
T. U.
Kihl
,
P. G.
Pappas
, and
D. E.
Murnick
,
Opt. Lett.
5
,
3
(
1980
).
13.
K. B.
MacAdam
,
A.
Steinbach
, and
C.
Wieman
,
Am. J. Phys.
60
,
1098
(
1992
).
14.
D.
Lisak
and
J. T.
Hodges
,
Appl. Phys. B: Lasers Opt.
88
,
317
(
2007
).
15.
G.
Giusfredi
,
S.
Bartalini
,
S.
Borri
,
P.
Cancio
,
I.
Galli
,
D.
Mazzotti
, and
P.
De Natale
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
110801
(
2010
).
16.
I.
Galli
,
S.
Bartalini
,
R.
Ballerini
,
M.
Barucci
,
P.
Cancio
,
M.
De Pas
,
G.
Giusfredi
,
D.
Mazzotti
,
N.
Akikusa
, and
P.
De Natale
,
Optica
3
,
385
(
2016
).
17.
I.
Ventrillard
,
P.
Gorrotxategi-Carbajo
, and
D.
Romanini
,
Appl. Phys. B: Lasers Opt.
123
,
1
(
2017
).
18.
A.
Foltynowicz
,
W.
Ma
,
F. M.
Schmidt
, and
O.
Axner
,
J. Opt. Soc. Am. B
25
,
1156
(
2008
).
19.
W.
Ma
,
A.
Foltynowicz
, and
O.
Axner
,
J. Opt. Soc. Am. B
25
,
1144
(
2008
).
20.
O.
Axner
,
W.
Ma
, and
A.
Foltynowicz
,
J. Opt. Soc. Am. B
25
,
1166
(
2008
).
21.
M.
Gianella
,
T. H.
Pinto
,
X.
Wu
, and
G. A. D.
Ritchie
,
J. Chem. Phys.
147
,
054201
(
2017
).
22.
R.
Lewicki
,
J. H.
Doty
,
R. F.
Curl
,
F. K.
Tittel
, and
G.
Wysocki
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
106
,
12587
(
2009
).
23.
P.
Kluczynski
,
S.
Lundqvist
,
J.
Westberg
, and
O.
Axner
,
Appl. Phys. B: Lasers Opt.
103
,
451
(
2011
).
24.
B.
Brumfield
,
W.
Sun
,
Y.
Wang
,
Y.
Ju
, and
G.
Wysocki
,
Opt. Lett.
39
,
1783
(
2014
).
25.
J.
Westberg
,
B.
Siller
,
M.
Beels
,
H.
Waechter
, and
G.
Wysocki
,
Conf. Lasers Electro-Opt.
3
,
AM1J.3
(
2016
).
26.
J.
Morville
,
S.
Kassi
,
M.
Chenevier
, and
D.
Romanini
,
Appl. Phys. B: Lasers Opt.
80
,
1027
(
2005
).
27.
D.
Romanini
,
M.
Chenevier
,
S.
Kassi
,
M.
Schmidt
,
C.
Valant
,
M.
Ramonet
,
J.
Lopez
, and
H. J.
Jost
,
Appl. Phys. B: Lasers Opt.
83
,
659
(
2006
).
28.
S. G.
Baran
,
G.
Hancock
,
R.
Peverall
,
G. A. D.
Ritchie
, and
N. J.
van Leeuwen
,
Analyst
134
,
243
(
2009
).
29.
M.
Gianella
,
S.
Reuter
,
A. L.
Aguila
,
G. A. D.
Ritchie
, and
J.-P. H.
van Helden
,
New J. Phys.
18
,
113027
(
2016
).
30.
D.
Miyakoshi
,
M.
Aoyama
,
T.
Tohei
,
A.
Minoh
, and
M.
Tsukakoshi
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
36
,
7379
(
1997
).
31.
I. O. G.
Davies
,
P. E. G.
Baird
, and
J. L.
Nicol
,
J. Phys. B: At., Mol. Phys.
20
,
5371
(
1999
).
32.
J. D.
Jackson
,
Classical Electrodynamics
, 3rd ed. (
Wiley
,
New York
,
1998
).
33.
C.-Y.
Chang
and
J.-T.
Shy
,
Appl. Opt.
54
,
8526
(
2015
).
34.
P.
Pokrowsky
,
W.
Zapka
,
F.
Chu
, and
G.
Bjorklund
,
Opt. Commun.
44
,
175
(
1983
).
35.
J.
Westberg
,
L.
Lathdavong
,
C. M.
Dion
,
J.
Shao
,
P.
Kluczynski
,
S.
Lundqvist
, and
O.
Axner
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
111
,
2415
(
2010
).
36.
L.
Doyennette
and
M.
Margottin-Maclou
,
J. Chem. Phys.
84
,
6668
(
1986
).
37.
K. M.
Manfred
,
L.
Ciaffoni
, and
G. A. D.
Ritchie
,
Appl. Phys. B
120
,
329
(
2015
).
38.
W.
Demtröder
,
Laser Spectroscopy: Basic Concepts and Instrumentation
, 3rd ed. (
Springer-Verlag
,
Berlin, Heidelberg
,
2003
).
39.
K.
Wu
,
L.
Liu
,
Z.
Chen
,
X.
Cheng
,
Y.
Yang
, and
F.
Li
,
J. Phys. B: At., Mol. Opt. Phys.
50
,
035401
(
2017
).
40.
L. S.
Rothman
,
I. E.
Gordon
,
Y.
Babikov
,
A.
Barbe
,
D.
Chris 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.
Le Roy
,
G.
Li
,
D. A.
Long
,
O. M.
Lyulin
,
C. J.
Mackie
,
S. T.
Massie
,
S.
Mikhailenko
,
H. S. P.
Müller
,
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
).
41.
M.
Abramowitz
,
I. A.
Stegun
, and
D.
Miller
,
Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs and Mathematical Tables
, Volume 55 of National Bureau of Standards Applied Mathematics Series (
United States Department of Commerce, National Bureau of Standards
,
1965
).
42.

J is the angular momentum, and M is the projection of the angular momentum on the axis of the magnetic field. The remaining quantum numbers (e.g., vibrational state) are omitted for clarity.

43.
L.
Rothman
,
C.
Rinsland
,
A.
Goldman
,
S.
Massie
,
D.
Edwards
,
J.-M.
Flaud
,
A.
Perrin
,
C.
Camy-Peyret
,
V.
Dana
,
J.-Y.
Mandin
,
J.
Schroeder
,
A.
McCann
,
R.
Gamache
,
R.
Wattson
,
K.
Yoshino
,
K.
Chance
,
K.
Jucks
,
L.
Brown
,
V.
Nemtchinov
, and
P.
Varanasi
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
60
,
665
(
1998
).
You do not currently have access to this content.