Abstract
We discuss different concepts for generating terahertz (THz) radiation with semiconductor diode lasers. Photomixing enables the generation of continuous wave THz radiation by difference frequency generation of two lasers or of two-colour lasers. Pulsed THz radiation for time domain THz spectroscopy is generated with modelocked diode laser systems including amplification and chirp compression. Finally, we analyse the concept of quasi time domain spectroscopy based on broadband diode laser systems.
Similar content being viewed by others
References
M. Tonouchi, NATURE PHOTONICS, 1, 97 [2007].
D. M. Mittleman, R. H. Jacobsen, M. C. Nuss, IEEE J.Sel. Top. Quantum Elec, 2, 679 [1996].
B. B. Hu, M. C. Nuss, Opt. Lett, 20, 1716 [1995].
B. Ferguson, X. C. Zhang, nature materials, 1, 26 [2002].
C. Jansen, S. Wietzke, O. Peters, M. Scheller, N. Vieweg, M. Salhi, N. Krumbholz, C. Jördens, T. Hochrein, M. Koch, Appl. Opt, 49, E48–E57 [2010].
M. C. Beard, G. M. Turner, C. A. Schmuttenmaer, J. Phys. Chem. B, 106, 7146 [2002].
R. A. Kaindl, M. A. Carnahan, D. Hagele, R. Lovenich, D. S. Chemla, NATURE, 423, 734 [2003].
Y. C. Shen, Lo T, P. F. Taday, B. E. Cole, W. R. Tribe, M. C. Kemp, Applied Physics Letters, 86, 241116 [2005].
M. Lu, J. Shen, N. Li, Y. Zhang, C. Zhang, L. Liang, X. Xu, Journal of Applied Physics, 100 [2006].
S. W. Smye, J. M. Chamberlain, A. J. Fitzgerald, E. Berry, Phys. Med. Biol, 46, R101-R112 [2001].
B. M. Fischer, M. Walther, P. Uhd Jepsen, Physics in Medicine and Biology, 47, 3807 [2002].
M. Koch. In: Sensing with Terahertz Radiation: Springer, 295 (2003).
M. van Exter, C. Fattinger, D. Grischkowsky, Opt. Lett, 14, 1128–1130 [1989].
C. Fattinger, D. Grischkowsky, Applied Physics Letters, 54, 490 [1989].
P. Uhd Jepsen, R. H. Jacobsen, S. R. Keiding, J. Opt. Soc. Am. B, 13, 2424–2436 [1996].
Y. S. Lee, T. Meade, V. Perlin, H. Winful, T. B. Norris, A. Galvanauskas, Appl. Phys. Lett, 76, 2505 [2000].
C. Weiss, G. Torosyan, Y. Avetisyan, R. Beigang, Optics Letters, 26, 563 [2001].
M. Nagai, K. Tanaka, H. Ohtake, T. Bessho, T. Sugiura, T. Hirosumi, M. Yoshida, Applied Physics Letters, 85, 3974 [2004].
G. Imeshev, M. E. Fermann, K. L. Vodopyanov, M. M. Fejer, X. Yu, J. S. Harris, D. Bliss, C. Lynch, Opt. Express, 14, 4439–4444 [2006].
J. Takayanagi, S. Kanamori, K. Suizu, M. Yamashita, T. Ouchi, S. Kasai, H. Ohtake, H. Uchida, N. Nishizawa, K. Kawase, Opt. Express, 16, 12859–12865 [2008].
G.P. Gallerano: Proceedings of the 26th International Free Electron Laser Conference and 11th FEL Users Workshop, 216 (2004).
P. H. Siegel, IEEE Trans. Microwave Theory Tech, 50, 910 [2002].
E. R. Brown, J. R. Söderström, C. D. Parker, L. J. Mahoney, K. M. Molvar, T. C. McGill, Applied Physics Letters, 58, 2291 [1991].
T. C. L. G. Sollner, W. D. Goodhue, P. E. Tannenwald, C. D. Parker, D. D. Peck, Applied Physics Letters, 43, 588 [1983].
B. S. Williams, NATURE PHOTONICS, 1, 517 [2007].
J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, A. Y. Cho, Science, 264, 553 [1994].
E. Bründermann, M. Havenith, Opt. Express, 14, 1829 [2006].
S. Kumar, B. S. Williams, S. Kohen, Q. Hu, J. L. Reno, Applied Physics Letters, 84, 2494 [2004].
H. Richter, M. Greiner-Bär, S. G. Pavlov, A. D. Semenov, M. Wienold, L. Schrottke, M. Giehler, R. Hey, H. T. Grahn, H. -W Hübers, Opt. Express, 18, 10177–10187 [2010].
L. A. Reichertz, O. D. Dubon, G. Sirmain, E. Bründermann, W. L. Hansen, D. R. Chamberlin, A. M. Linhart, H. P. Röser, E. E. Haller, Phys. Rev. B, 56, 12069–12072 [1997].
E. Bründermann, D. R. Chamberlin, E. E. Haller, Appl. Phys. Lett, 76, 2991 [2000].
K. A. McIntosh, E. R. Brown, K. B. Nichols, O. B. McMahon, W. F. DiNatale, T. M. Lyszczarz, Appl. Phys. Lett, 67, 3844 [1995].
C. Jördens, T. Schlauch, M. R. Hofmann M. Li, M. Bieler, M. Koch, Appl. Phys. B- Lasers O, 93, 515–520 [2008].
E. R. Brown, F. W. Smith, K. A. McIntosh, J. Appl. Phys, 73, 1480 [1993].
S. Matsuura, M. Tani, K. Sakai, Appl. Phys. Lett, 70, 559 [1997].
M. Tani, O. Morikawa, S. Matsuura, M. Hangyo, Semiconductor Science and Technology, 20, S151–S163 [2005].
S. M. Duffy, S. Verghese, K. A. McIntosh. In: Sensing with Terahertz Radiation: Springer, 193 (2003).
S. Matsuura, H. Ito. In: Terahertz Optoelectronics: Springer (2005).
S. Gupta, M. Y. Frankel, J. A. Valdmanis, J. F. Whitaker, F. Smith, A. R. Calawa, Appl. Phys. Lett, 59, 25 [1991].
M. Mikulics, M. Marso, I. Cámara Mayorga, R. Güsten, S. Stanček, P. Kováč, S. Wu, X. Li, M. Khafizov, R. Sobolewski, E. A. Michael, R. Schieder, M. Wolter, D. Buca, A. Förster, P. Kordoš, H. Lüth, Applied Physics Letters, 87, 41106 [2005].
I. Cámara Mayorga, E. A. Michael, A. Schmitz, P. van der Wal, R. Güsten, K. Maier, A. Dewald, Applied Physics Letters, 91, 031107-1–031107-3 [2007].
I. Cámara Mayorga, P. Muñoz Pradas, E. A. Michael, M. Mikulics, A. Schmitz, P. van der Wal, C. Kaseman, R. Güsten, K. Jacobs, M. Marso, H. Lüth, P. Kordoš, Journal of Applied Physics, 100, 043116-1–043116-4 [2006].
M. Tani, S. Matsuura, K. Sakai, S. Nakashima, APPLIED OPTICS, 36, 7853 [1997].
T. Nagatsuma, H. Ito, T. Ishibashi, Laser & Photonics Reviews, 3, 123–137 [2009].
F. Nakajima, T. Furuta, H. Ito, Electronics Letters, 40, 1297 [2004].
S. Verghese, K. McIntosh, E. Brown, Appl. Phys. Lett, 71, 2743 [1997].
P. Chen, G. A. Blake, M. C. Gaidis, E. R. Brown, K. A. McIntosh, S. Y. Chou, M. I. Nathan, F. Williamson, Applied Physics Letters, 71, 1601 [1997].
S. Matsuura, P. Chen, G. A. Blake, J. C. Pearson, H. M. Pickett, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 48, 380 [2000].
S. Matsuura, M. Tani, H. Abe, K. Sakai, H. Ozeki, S. Saito, JOURNAL OF MOLECULAR SPECTROSCOPY, 187, 97 [1998].
I. S. Gregory, W. R. Tribe, C. Baker, B. E. Cole, M. J. Evans, L. Spencer, M. Pepper, M. Missous, Appl. Phys. Lett, 86, 204104 [2005].
A. J. Deninger, T. Göbel, D. Schönherr, T. Kinder, A. Roggenbuck, M. Köberle, F. Lison, T. Müller-Wirts, P. Meissner, Rev. Sci. Instrum, 79, 44702 [2008].
S. Verghese, K. A. McIntosh, S. Calawa, W. F. DiNatale, E. K. Duerr, K. A. Molvar, Appl. Phys. Lett, 73, 3824 [1998].
A. Nahata, J. T. Yardley, T. F. Heinz, Appl. Phys. Lett, 75, 2524 [1999].
A. Nahata, J. T. Yardley, T. F. Heinz, Appl. Phys. Lett, 81, 963 [2002].
I. S. Gregory, W. R. Tribe, B. E. Cole, M. J. Evans, E. H. Linfield, A. G. Davies, M. Missous, Appl. Phys. Lett, 85, 1622 [2004].
M. Tani, P. Gu, M. Hyodo, K. Sakai, T. Hidaka, Optical and Quantum Electronics, 32, 503 [2000].
C. J. Hawthorn, K. P. Weber, R. E. Scholten, Review of Scientific Instruments, 72, 4477 [2001].
M. Littman, Optics Letters, 3, 138 [1978].
H. Lotem, Z. Pan, M. Dagenais, Appl. Opt, 32, 5270–5273 [1993].
S. Pajarola, G. Guekos, H. Kawaguchi, Optical and Quantum Electronics, 29, 489 [1997].
C. -S Friedrich, C. Brenner, S. Hoffmann, A. Schmitz, I. Cámara Mayorga, A. Klehr, G. Erbert, M. R. Hofmann, IEEE J. Selected Topics of Quantum Electronics, 14, 270 [2008].
C. L. Wang, C. L. Pan, Appl. Phys. Lett, 64, 3089 [1994].
J. Struckmeier, A. Euteneuer, B. Smarsly, M. Breede, M. Born, M. Hofmann, L. Hildebrand, J. Sacher, Optics Letters, 24, 1573 [1999].
M. Breede, S. Hoffmann, J. Zimmermann, J. Struckmeier, M. Hofmann, T. Kleine-Ostmann, P. Knobloch, M. Koch, J. P. Meyn, M. Matus, S. W. Koch, J. V. Moloney, Opt. Comm, 207, 261 [2002].
M. Breede, C. Kasseck, C. Brenner, N. C. Gerhardt, M. Hofmann, R. Höfling, Electronics Letters, 43, 456 [2007].
M. Bülters, M. Breede, M. Hofmann, D. Jager, Photonics Technology Letters, IEEE, 21, 1347 [2009].
P. Gu, F. Chang, M. Tani, K. Sakai, C. L. Pan, Jpn. J. Appl. Phys, 38, L1246–L1248 [1999].
T. Kleine-Ostmann, P. Knobloch, M. Koch, S. Hoffmann, M. Breede, M. Hofmann, G. Hein, K. Pierz, M. Sperling, K. Donhuijsen, Electronics Letters, 37, 1461 [2001].
M. Matus, M. Kolesik, J. V. Moloney, M. Hofmann, S. W. Koch, JOSA B, 21, 1758–1771 [2004].
P. Knobloch, C. Schildknecht, T. Kleine-Ostmann, M. Koch, S. Hoffmann, M. Hofmann, E. Rehberg, M. Sperling, K. Donhuijsen, G. Hein, K. Pierz, Phys. Med. Biol, 47, 3875 [2002].
L. Duvillaret, F. Garet, J.-L. Coutaz, Appl. Opt, 38, 409–415 [1999].
L. Duvillaret, F. Garet, J. F. Roux, J. L. Coutaz, IEEE J.Sel. Top. Quantum Elec, 7, 615 [2001].
Zhang, X. -C; Xu, Jungzhou (2010): Introduction to THz Wave Photonics: Springer.
Lee, Y. -S (2009): Principles of Terahertz Science and Technology: Springer.
T. Schlauch, M. Li, M. Hofmann, A. Klehr, G. Erbert, G. Trankle, Electronics Letters, 44, 678 [2008].
T. Schlauch, J. C. Balzer, A. Klehr, G. Erbert, G. Tränkle, M. R. Hofmann, Opt. Express, 18, 24316–24324 [2010].
Z. Mihoubi, K. G. Wilcox, S. Elsmere, A. Quarterman, R. Rungsawang, I. Farrer, H. E. Beere, D. A. Ritchie, A. Tropper, V. Apostolopoulos, Optics Letters, 33, 2125 [2008].
K. G. Wilcox, F. Rutz, R. Wilk, H. D. Foreman, J. S. Roberts, J. Sigmund, H. L. Hartnagel, M. Koch, A. C. Tropper, Electronics Letters, 42, 1159 [2006].
Y. K. Chen, M. C. Wu, T. Tanbun-Ek, R. A. Logan, M. A. Chin, Applied Physics Letters, 58, 1253 [1991].
S. Bischoff, J. Mork, T. Franck, S. D. Brorson, M. Hofmann, K. Frojdh, L. Prip, M. P. Sorensen, QUANTUM AND SEMICLASSICAL OPTICS, 9, 655 [1997].
M. Scheller, M. Koch, Opt. Express, 17, 17723 [2009].
M. Tani, S. Matsuura, K. Sakai, M. Hangyo, IEEE Microwavea and Guided Wave Letters, 7, 282 [1997].
O. Morikawa, M. Tonouchi, M. Hangyo, Appl. Phys. Lett, 75, 3772 [1999].
O. Morikawa, M. Tonouchi, M. Hangyo, Applied Physics Letters, 76, 1519 [2000].
O. Morikawa, M. Fujita, M. Hangyo, Applied Physics Letters, 85, 881 [2004].
I. S. Gregory, W. R. Tribe, M. J. Evans, T. D. Drysdale, D. R. S. Cumming, M. Missous, Appl. Phys. Lett, 87, 34106 [2005].
C. Brenner, M. Hofmann, M. Scheller, M. Khaled Shakfa, M. Koch, I. Cámara Mayorga, A. Klehr, G. Erbert, G. Tränkle, Opt. Lett, 35, 3859–3861 [2010].
S. Hoffmann, M. Hofmann, E. Bründermann, M. Havenith, M. Matus, J. V. Moloney, A. S. Moskalenko, M. Kira, S. W. Koch, S. Saito, K. Sakai, Appl. Phys. Lett, 84, 3585 [2004].
S. Hoffmann, M. Hofmann, M. Kira, S. W. Koch, Semiconductor Science and Technology, 20, 205 [2005].
S. Hoffmann, M. R. Hofmann, Laser and Photon. Rev, 1, 44 [2007].
C. Brenner, S. Hoffmann, M. R. Hofmann, M. Salhi, M. Koch, A. Klehr, G. Erbert, G. Tränkle nad J. T. Steiner, M. Kira, S. W. Koch, Appl. Phys. Lett, 91, 101107 [2007].
C. Brenner, S. Hoffmann, C.-S. Friedrich, T. Schlauch, A. Klehr, G. Erbert, G. Tränkle, C. Jördens, M. Salhi, M. Koch, M. R. Hofmann, Phys. Status Solidi C, 6, 564 [2009].
M. Scheller, J. M. Yarborough, J. V. Moloney, M. Fallahi, M. Koch, S. W. Koch, Opt. Express, 18, 27112 [2010].
Acknowledgements
The authors acknowledge fruitful collaborations with M. Koch, M. Scheller, T. Kleine-Ostmann, and I. Cámara Mayorga and financial support by the DFG and the state of North Rhine Westfalia through the THz-ACC at the Ruhr-University.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Brenner, C., Friedrich, CS. & Hofmann, M.R. Semiconductor Diode Lasers for Terahertz Technology. J Infrared Milli Terahz Waves 32, 1253–1266 (2011). https://doi.org/10.1007/s10762-011-9815-4
Received:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s10762-011-9815-4