Continuous-wave optical parametric oscillator based infrared spectroscopy for sensitive molecular gas sensing

Laser and Photonics Reviews

Volumn 7, Issue 2, 2013, Pages 188-206

  Arslanov, Denis D ^a   Spunei, Marius ^b   Mandon, Julien ^a   Cristescu, Simona M ^a   Persijn, Stefan T ^b   Harren, Frans J M ^a  

^a RADBOUD UNIVERSITY NIJMEGEN   (Netherlands)

^b VSL   (Netherlands)

Author keywords

Applications; Chemical sensing; Infrared spectroscopy; Optical parametric oscillators; Trace gas detection

Indexed keywords

CAVITY ENHANCED SPECTROSCOPY; CHEMICAL SENSING; HIGH-RESOLUTION SPECTROSCOPY; MID-INFRARED WAVELENGTHS; REMOTE SENSING APPLICATIONS; ROTATIONAL-VIBRATIONAL TRANSITIONS; SPECTROSCOPIC APPLICATION; TRACE GAS DETECTION;

APPLICATIONS; BAND STRUCTURE; CHEMICAL DETECTION; GAS ABSORPTION; GAS DETECTORS; INFRARED DEVICES; INFRARED SPECTROSCOPY; MEASUREMENTS; MONOCHROMATORS; OPTICAL PARAMETRIC OSCILLATORS; PHOTOACOUSTIC EFFECT; PHOTOACOUSTIC SPECTROSCOPY; PUMPING (LASER); REMOTE SENSING; SPECTROSCOPIC ANALYSIS;

MOLECULES;

EID: 84874865823     PISSN: 18638880     EISSN: 18638899     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/lpor.201100036     Document Type: Review

References (92)

1. J. A. Giordmaine and R. C. Miller, ; Phys. Rev. Lett. 14, 973-976 (1965).
2. E. L. Kerr and J. G. Atwood, ; Appl. Opt. 7, 915-921 (1968).
3. J. A. Hodgeson, W. A. McClenny, and P. L. Hanst, ; Science 182, 248-258 (1973).
4. J. J. Scherer, D. Voelkel, D. J. Rakestraw, J. B. Paul, C. P. Collier, R. J. Saykally, and A. O'Keefe, ; Chem. Phys. Lett. 245, 273-280 (1995).
5. M. H. Dunn and M. Ebrahimzadeh, ; Science 286, 1513-1517 (1999).
6. F. Huisken, M. Kaloudis, and A. Kulcke, ; J. Chem. Phys. 104, 17-25 (1996).
7. E. V. Kovalchuk, D. Dekorsy, A. I. Lvovsky, C. Braxmaier, J. Mlynek, A. Peters, and S. Schiller, ; Opt. Lett. 26, 1430-1432 (2001).
8. M. Vainio, M. Siltanen, J. Peltola, and L. Halonen, ; Appl. Opt. 50, A1-A10 (2010).
9. M. M. J. W. van Herpen, S. C. Li, S. E. Bisson, and F. J. M. Harren, ; Appl. Phys. Lett. 81, 1157-1159 (2002).
10. G. W. Baxter, H. D. Barth, and B. J. Orr, ; Appl. Phys. B 66, 653-657 (1998).
11. A. Berrou, M. Raybaut, A. Godard, and M. Lefebvre, ; Appl. Phys. B 98, 217-230 (2010).
12. G. von Basum, D. Halmer, P. Hering, M. Murtz, S. Schiller, F. Müller, A. Popp, and A. Kuhnemann, ; Appl. Phys. B 29, 797-799 (2004).
13. A. K. Y. Ngai, S. T. Persijn, G. von Basum, and F. J. M. Harren, ; Appl. Phys. B 85, 173-180 (2006).
14. I. D. Lindsay, P. Gross, C. J. Lee, B. Adhimoolam, and K.-J. Boller, ; Opt. Express 14, 12341-12346 (2006).
15. D. D. Arslanov, M. Spunei, A. K. Y. Ngai, S. M. Cristescu, I. D. Lindsay, S. T. Persijn, K. J. Boller, and F. J. M. Harren, ; Appl. Phys. B 103, 223-228 (2011).
16. J. A. Armstrong, N. Bloembergen, J. Ducuing, and P. S. Pershan, ; Phys. Rev. 127, 1918-1939 (1962).
17. P. A. Franken and J. F. Ward, ; Rev. Mod. Phys. 35, 23-39 (1963).
18. L. E. Myers, R. C. Eckardt, M. M. Fejer, R. L. Byer, W. R. Bosenberg, and J. W. Pierce, ; J. Opt. Soc. Am. B 12, 2102-2116 (1995).
19. W. R. Bosenberg, A. Drobshoff, J. I. Alexander, L. E. Myers, and R. L. Byer, ; Opt. Lett. 21, 713-715 (1996).
20. Y. Furukawa, K. Kitamura, S. Takekawa, K. Niwa, and H. Hatano, ; Opt. Lett. 23, 1892-1894 (1998).
21. K. L. Vodopyanov, O. Levi, P. S. Kuo, T. J. Pinguet, J. S. Harris, M. M. Fejer, B. Gerard, L. Becouarn, and E. Lallier, Opt. Lett. 29, 1912-1914 (2004).
22. M. E. Klein, D. H. Lee, J. P. Meyn, K. J. Boller, and R. Wallenstein, ; Opt. Lett. 24, 1142-1144 (1999).
23. M. M. J. W. van Herpen, S. E. Bisson, A. K. Y. Ngai, and F. J. M. Harren, ; Appl. Phys. B 78, 281-286 (2004).
24. I. D. Lindsay, B. Adhimoolam, P. Gross, M. E. Klein, and K. J. Boller, ; Opt. Express 13, 1234-1239 (2005).
25. A. Henderson and R. Stafford, ; Opt. Express 14, 767-772 (2006).
26. I. Breunig, J. Kiessling, B. Knabe, R. Sowade, and K. Buse, ; Opt. Express 16, 5662-5666 (2008).
27. T. Beckmann, H. Linnenbank, H. Steigerwald, B. Sturman, D. Haertle, K. Buse, and I. Breunig, ; Phys. Rev. Lett. 106, 143903 (2011).
28. M. van Herpen, S. E. Bisson, and F. J. M. Harren, ; Opt. Lett. 28, 2497-2499 (2003).
29. J. Kiessling, R. Sowade, I. Breunig, K. Buse, and V. Dierolf, ; Opt. Express 17, 87-91 (2009).
30. E. Andrieux, T. Zanon, M. Cadoret, A. Rihan, and J.-J. Zondy, ; Opt. Lett. 36, 1212-1214 (2011).
31. F. Adler, K. C. Cossel, M. J. Thorpe, I. Hartl, M. E. Fermann, and J. Ye, ; Opt. Lett. 34, 1330-1332 (2009).
32. F. Adler, P. Masłowski, A. Foltynowicz, K. C. Cossel, T. C. Briles, I. Hartl, and J. Ye, ; Opt. Express 18, 21861-21872 (2010).
33. A. G. Bell, ; Am. J. Sci. 20, 305-324 (1880).
34. L. B. Kreuzer, ; J. Appl. Phys. 42, 2934-2943 (1971).
35. J. A. de Gouw, S. te Lintel Hekkert, J. Mellqvist, C. Warneke, E. L. Atlas, F. C. Fehsenfeld, A. Fried, G. J. Frost, F. J. M. Harren, J. S. Holloway, B. Lefer, R. Lueb, J. F. Meagher, D. D. Parrish, M. Patel, L. Pope, D. Richter, C. Rivera, T. B. Ryerson, J. Samuelsson, J. Walega, R. A. Washenfelder, P. Weibring, and X. Zhu, ; Envir. Sci. Technol. 43, 2437-2442 (2009).
36. F. J. M. Harren, S. T. Persijn, and S. M. Cristescu, Photoacoustic Spectroscopy, in: Handbook of Metrology, edited by M. Glaser and M. Kochsiek (Wiley-VCH, Weinheim, 2009), pp. 581-622.
37. F. Müller, A. Popp, F. Kuhnemann, and S. Schiller, ; Opt. Express 11, 2820-2825 (2003).
38. J. G. Haub, M. J. Johnson, and B. J. Orr, ; Appl. Phys. Lett. 58, 1718-1720 (1991).
39. A. Bohren and M. W. Sigrist, ; Infrared Phys. Techn. 38, 423-435 (1997).
40. D. Costopoulos, A. Miklos, and P. Hess, ; Appl. Phys. B 75, 385-389 (2002).
41. A. Miklos, C. H. Lim, W. W. Hsiang, G. C. Liang, A. H. Kung, A. Schmohl, and P. Hess, ; Appl. Opt. 41, 2986-2993 (2002).
42. F. Kühnemann, K. Schneider, A. Hecker, A. A. E. Martis, W. Urban, S. Schiller, and J. Mlynek, ; Appl. Phys. B 66, 741-745 (1998).
43. M. M. J. W. van Herpen, A. K. Y. Ngai, S. E. Bisson, J. H. P. Hackstein, E. J. Woltering, and F. J. M. Harren, ; Appl. Phys. B 82, 665-669 (2006).
44. F. Keppler, J. T. G. Hamilton, M. Brass, and T. Rockmann, ; Nature 439, 187-191 (2006).
45. T. A. Dueck, R. de Visser, H. Poorter, S. Persijn, A. Gorissen, W. de Visser, A. Schapendonk, J. Verhagen, J. Snel, F. J. M. Harren, A. K. Y. Ngai, F. Verstappen, H. Bouwmeester, L. A. C. J. Voesenek, and A. van der Werf, ; New Phytol. 175, 29-35 (2007).
46. A. A. Kosterev, A. Yu. Bakhirkin, R. F. Curl, and F. K. Tittel, ; Opt. Lett. 27, 1902-1904 (2002).
47. A. K. Y. Ngai, S. T. Persijn, I. D. Lindsay, A. A. Kosterev, P. Groß, C. J. Lee, S. M. Cristescu, F. K. Tittel, K.-J. Boller, and F. J. M. Harren, ; Appl. Phys. B 89, 123-128 (2007).
48. V. Koskinen, J. Fonsen, K. Roth, and J. Kauppinen, ; Appl. Phys. B 86, 451-454 (2007).
49. S. E. Bisson, K. M. Armstrong, T. J. Kulp, and M. Hartings, ; Appl. Opt. 40, 6049-6055 (2001).
50. A. O'Keefe and D. A. G. Deacon, Rev. Sci. Instrum. 59, 2544-2551 (1988).
51. G. Berden, R. Peeters, and G. Meijer, ; Int. Rev. Phys. Chem. 19, 565-607 (2000).
52. G. Berden and R. Engeln, (Eds.), Cavity Ring-Down Spectroscopy: Techniques and Applications (Wiley & Sons, New York, 2009).
53. R. D. van Zee, J. T. Hodges, and J. P. Looney, ; Appl. Opt. 38, 3951-3960 (1999).
54. J. Morville, D. Romanini, A. Campargue, and R. Bacis, ; Chem. Phys. Lett. 363, 498-504 (2002).
55. A. Popp, F. Müller, F. Kühnemann, S. Schiller, G. von Basum, H. Dahnke, P. Hering, and M. Mürtz, ; Appl. Phys. B 75, 751-754 (2002).
56. G. von Basum, D. Halmer, P. Hering, M. Mürtz, S. Schiller, F. Müller, A. Popp, and F. Kühnemann, ; Opt. Lett. 29, 797-799 (2004).
57. S. Persijn, F. Harren, and A. van der Veen, ; Appl. Phys. B 100, 383-390 (2010).
58. L. S. Rothman, I. E. Gordon, A. Barbe, D. C. Benner, P. F. Bernath, M. Birk, V. Boudon, L. R. Brown, A. Campargue, J. P. Champion, K. Chance, L. H. Coudert, V. Dana, V. M. Devi, S. Fally, J. M. Flaud, R. R. Gamache, A. Goldman, D. Jacquemart, I. Kleiner, N. Lacome, W. J. Lafferty, J. Y. Mandin, S. T. Massie, S. Mikhailenko, C. E. Miller, N. Moazzen-Ahmadi, O. V. Naumenko, A. Nikitin, J. Orphal, A. Predoi-Cross, V. Perevalov, A. Perrin, C. P. Rinsland, M. Rotger, M. Simeckova, M. A. H. Smith, K. Sung, S. Tashkun, J. Tennyson, R. A. Toth, A. C. Vandaele, and J. Vander Auwera, ; J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 110, 533-572 (2009).
59. P. M. Chu, F. R. Guenther, G. C. Rhoderick, and W. J. Lafferty, ; J. Res. Natl. Inst. Stan. 104, 59-81 (1999).
60. S. W. Sharpe, T. J. Johnson, R. L. Sams, P. M. Chu, G. C. Rhoderick, and P. A. Johnson, ; Appl. Spectrosc. 58, 1452-1461 (2004).
61. A. K. Y. Ngai, S. T. Persijn, and F. J. M. Harren, ; Appl. Phys. Lett. 90, 081109 (2007).
62. H. Verbraak, A. K. Y. Ngai, S. T. Persijn, F. J. M. Harren, and H. Linnartz, Chem. Phys. Lett. 442, 145-149 (2007).
63. C. S. Gudeman, M. H. Begemann, J. Pfaff, and R. J. Saykally, Phys. Rev. Lett. 50, 727-731 (1983).
64. A. O'Keefe, ; Chem. Phys. Lett. 293, 331-336 (1998).
65. R. Engeln, G. Berden, R. Peeters, and G. Meijer, ; Rev. Sci. Instrum. 6(9), 3763-3769 (1998).
66. A. O'Keefe, J. J. Scherer, and J. B. Paul, ; Chem. Phys. Lett. 307, 343-349 (1999).
67. J. B. Paul, L. Lapson, and J. G. Anderson, ; Appl. Opt. 40, 4904-4910 (2001).
68. C. C. Davis (Ed.), Lasers and Electro-Optics (Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom, 2002), p. 88.
69. D. Herriott, H. Kogelnik, and R. Kompfner, ; Appl. Opt. 3, 523-526 (1964).
70. D. R. Herriott and H. J. Schulte, ; Appl. Opt. 4, 883-889 (1965).
71. G. S. Engel, W. S. Drisdell, F. N. Keutsch, E. J. Moyer, and J. G. Anderson, ; Appl. Opt. 45, 9221-9229 (2006).
72. A. F. Nieuwenhuis, C. J. Lee, B. Sumpf, P. J. M. van der Slot, G. Erbert, and K. J. Boller, ; Opt. Express 18, 11123-11131 (2010).
73. A. Henderson, ; Photonics Spectra 43, 72-75 (2009).
74. G. K. Samanta and M. Ebrahim-Zadeh, ; Opt. Lett. 35, 1986-1988 (2010).
75. D. D. Arslanov, S. M. Cristescu, and F. J. M. Harren, ; Opt. Lett. 35, 3300-3302 (2010).
76. J. U. White, ; J. Opt. Soc. Am. 66, 411-416 (1976).
77. P. Werle and F. Slemr, ; Appl. Opt. 30, 430-434 (1991).
78. P. Werle, ; Spectrochim. Acta A 54, 197-236 (1998).
79. D. S. Bomse, A. C. Stanton, and J. A. Silver, ; Appl. Opt. 31, 718-731 (1992).
80. F. S. Pavone and M. Inguscio, ; Appl. Phys. B 56, 118-122 (1993).
81. J. Ng, A. H. Kung, A. Miklos, and P. Hess, ; Opt. Lett. 29, 1206-1208 (2004).
82. R. A. Baumgartner and R. L. Byer, ; Appl. Opt. 17, 3555-3561 (1978).
83. M. Endemann and R. L. Byer, ; Opt. Lett. 5, 452-454 (1980).
84. A. Amediek, A. Fix, M. Wirth, and G. Ehret, ; Appl. Phys. B 92, 295-302 (2008).
85. G. Ehret and A. Fix, V. Weiß, G. Poberaj, and T. Baumert, ; Appl. Phys. B 67, 427-431 (1998).
86. A. Behrendt, V. Wulfmeyer, P. Di Girolamo, C. Kiemle, H. S. Bauer, T. Schaberl, D. Summa, D. N. Whiteman, B. B. Demoz, E. V. Browell, S. Ismail, R. Ferrare, S. Kooi, G. Ehret, and J. H. Wang, ; J. Atmos. Ocean. Tech. 24, 3-21 (2007).
87. A. Behrendt, V. Wulfmeyer, C. Kiemle, G. Ehret, C. Flamant, T. Schaberl, H. S. Bauer, S. Kooi, S. Ismael, R. Ferrare, E. V. Browell, and D. N. Whitemann, ; J. Atmos. Ocean. Tech. 24, 22-39 (2007).
88. M. J. T. Milton, T. D. Gardiner, F. Molero, and J. Galech, ; Opt. Commun. 142, 153-160 (1997).
89. V. S. Airapetyan, ; J. Appl. Spectrosc. 76, 268-272 (2009).
90. D. Sakaizawa, C. Nagasawa, T. Nagai, M. Abo, Y. Shibata, M. Nakazato, and T. Sakai, ; Appl. Opt. 48, 748-757 (2009).
91. P. Weibring, H. Edner, and S. Svanberg, ; Appl. Opt. 42, 3583-3594 (2003).
92. T. J. Kulp, S. E. Bisson, R. P. Bambha, T. A. Reichardt, U. B. Goers, K. W. Aniolek, D. A. V. Kliner, B. A. Richman, K. M. Armstrong, R. Sommers, R. Schmitt, P. E. Powers, O. Levi, T. Pinguet, M. Fejer, J. P. Koplow, L. Goldberg, and T. G. Mcrae, ; Appl. Phys. B 75, 317-325 (2002).