Abstract

Three sorts of probe laser, which have pulse durations of 200  fs, 35  ps, and 70  ps, were employed in the measurement of the third-order nonlinear optical susceptibility χ3 in Au:SiO2 composite films in a degenerate four-wave mixing scheme. We found that the composite films at their absorption peak 550 nm had a maximum χ3, which depends strongly on the pulse width of the probe laser. The value of χ3 measured with a 70-ps laser was 30 times larger than that measured with a 200-fs laser. The time-resolved measurements revealed that the optical nonlinearity on the femtosecond time scale is attributable mainly to contributions from the interband electric–dipole transition (especially at low concentrations) and partly to those from hot electrons rather than being dominated by hot-electron excitation in the picosecond regime.

© 1998 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. F. Hache, D. Ricard, C. Flytzanis, and U. Kreibig, Appl. Phys. A 47, 347 (1988).
    [CrossRef]
  2. L. Yang, D. H. Osborne, R. F. Haglund, R. H. Magruder, C. W. White, R. A. Zuhr, and H. Hosono, Appl. Phys. A 62, 403 (1996).
    [CrossRef]
  3. K. Uchida, S. Kaneko, S. Omi, C. Hata, H. Tanji, Y. Asahara, A. J. Ikushima, T. Tokizaki, and A. Nakamura, J. Opt. Soc. Am. B 11, 1236 (1994).
    [CrossRef]
  4. C. Flytznis, F. Hache, M. C. Klein, and P. Roussingnol, in Progress in Optics, E. Wolf, ed. (North-Holland, Amsterdam, 1991), Vol. XXIX, p. 322.
  5. H. B. Liao, R. F. Xiao, J. S. Fu, P. Yu, G. K. L. Wong, and P. Sheng, Appl. Phys. Lett. 70, 1 (1997).
    [CrossRef]
  6. H. B. Liao, R. F. Xiao, J. S. Fu, and G. K. L. Wong, Appl. Phys. B 65, 673 (1997).
    [CrossRef]
  7. I. Tanahashi, Y. Manabe, T. Tohda, S. Sasaki, and A. Nakamura, J. Appl. Phys. 79, 1224 (1996).
    [CrossRef]
  8. R. W. Schoenlein, W. Z. Lin, G. Fujimoto, and G. L. Eesley, Phys. Rev. Lett. 58, 1680 (1987).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. K. Puech, W. Blau, A. Grund, C. Bubeck, and G. Cardenas, Opt. Lett. 20, 1613 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. K. Minoshima, M. Taiji, and T. Kobayashi, Opt. Lett. 16, 1683 (1991).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. K. S. Wong, Z. R. Qui, H. Wang, and G. K. L. Wong, Opt. Lett. 22, 898 (1997).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. L. Yang, R. Dorsinville, P. P. Ho, W. K. Zou, N. L. Yang, and R. R. Alfano, Appl. Phys. Lett. 53, 2008 (1988).
    [CrossRef]
  13. V. Keibig and M. Vollmer, Optical Properties of Metal Clusters (Springer-Verlag, Berlin, 1995), p. 312.

1997

H. B. Liao, R. F. Xiao, J. S. Fu, P. Yu, G. K. L. Wong, and P. Sheng, Appl. Phys. Lett. 70, 1 (1997).
[CrossRef]

H. B. Liao, R. F. Xiao, J. S. Fu, and G. K. L. Wong, Appl. Phys. B 65, 673 (1997).
[CrossRef]

K. S. Wong, Z. R. Qui, H. Wang, and G. K. L. Wong, Opt. Lett. 22, 898 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

1996

I. Tanahashi, Y. Manabe, T. Tohda, S. Sasaki, and A. Nakamura, J. Appl. Phys. 79, 1224 (1996).
[CrossRef]

L. Yang, D. H. Osborne, R. F. Haglund, R. H. Magruder, C. W. White, R. A. Zuhr, and H. Hosono, Appl. Phys. A 62, 403 (1996).
[CrossRef]

1995

1994

1991

1988

L. Yang, R. Dorsinville, P. P. Ho, W. K. Zou, N. L. Yang, and R. R. Alfano, Appl. Phys. Lett. 53, 2008 (1988).
[CrossRef]

F. Hache, D. Ricard, C. Flytzanis, and U. Kreibig, Appl. Phys. A 47, 347 (1988).
[CrossRef]

1987

R. W. Schoenlein, W. Z. Lin, G. Fujimoto, and G. L. Eesley, Phys. Rev. Lett. 58, 1680 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Alfano, R. R.

L. Yang, R. Dorsinville, P. P. Ho, W. K. Zou, N. L. Yang, and R. R. Alfano, Appl. Phys. Lett. 53, 2008 (1988).
[CrossRef]

Asahara, Y.

Blau, W.

Bubeck, C.

Cardenas, G.

Dorsinville, R.

L. Yang, R. Dorsinville, P. P. Ho, W. K. Zou, N. L. Yang, and R. R. Alfano, Appl. Phys. Lett. 53, 2008 (1988).
[CrossRef]

Eesley, G. L.

R. W. Schoenlein, W. Z. Lin, G. Fujimoto, and G. L. Eesley, Phys. Rev. Lett. 58, 1680 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Flytzanis, C.

F. Hache, D. Ricard, C. Flytzanis, and U. Kreibig, Appl. Phys. A 47, 347 (1988).
[CrossRef]

Flytznis, C.

C. Flytznis, F. Hache, M. C. Klein, and P. Roussingnol, in Progress in Optics, E. Wolf, ed. (North-Holland, Amsterdam, 1991), Vol. XXIX, p. 322.

Fu, J. S.

H. B. Liao, R. F. Xiao, J. S. Fu, P. Yu, G. K. L. Wong, and P. Sheng, Appl. Phys. Lett. 70, 1 (1997).
[CrossRef]

H. B. Liao, R. F. Xiao, J. S. Fu, and G. K. L. Wong, Appl. Phys. B 65, 673 (1997).
[CrossRef]

Fujimoto, G.

R. W. Schoenlein, W. Z. Lin, G. Fujimoto, and G. L. Eesley, Phys. Rev. Lett. 58, 1680 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Grund, A.

Hache, F.

F. Hache, D. Ricard, C. Flytzanis, and U. Kreibig, Appl. Phys. A 47, 347 (1988).
[CrossRef]

C. Flytznis, F. Hache, M. C. Klein, and P. Roussingnol, in Progress in Optics, E. Wolf, ed. (North-Holland, Amsterdam, 1991), Vol. XXIX, p. 322.

Haglund, R. F.

L. Yang, D. H. Osborne, R. F. Haglund, R. H. Magruder, C. W. White, R. A. Zuhr, and H. Hosono, Appl. Phys. A 62, 403 (1996).
[CrossRef]

Hata, C.

Ho, P. P.

L. Yang, R. Dorsinville, P. P. Ho, W. K. Zou, N. L. Yang, and R. R. Alfano, Appl. Phys. Lett. 53, 2008 (1988).
[CrossRef]

Hosono, H.

L. Yang, D. H. Osborne, R. F. Haglund, R. H. Magruder, C. W. White, R. A. Zuhr, and H. Hosono, Appl. Phys. A 62, 403 (1996).
[CrossRef]

Ikushima, A. J.

Kaneko, S.

Keibig, V.

V. Keibig and M. Vollmer, Optical Properties of Metal Clusters (Springer-Verlag, Berlin, 1995), p. 312.

Klein, M. C.

C. Flytznis, F. Hache, M. C. Klein, and P. Roussingnol, in Progress in Optics, E. Wolf, ed. (North-Holland, Amsterdam, 1991), Vol. XXIX, p. 322.

Kobayashi, T.

Kreibig, U.

F. Hache, D. Ricard, C. Flytzanis, and U. Kreibig, Appl. Phys. A 47, 347 (1988).
[CrossRef]

Liao, H. B.

H. B. Liao, R. F. Xiao, J. S. Fu, P. Yu, G. K. L. Wong, and P. Sheng, Appl. Phys. Lett. 70, 1 (1997).
[CrossRef]

H. B. Liao, R. F. Xiao, J. S. Fu, and G. K. L. Wong, Appl. Phys. B 65, 673 (1997).
[CrossRef]

Lin, W. Z.

R. W. Schoenlein, W. Z. Lin, G. Fujimoto, and G. L. Eesley, Phys. Rev. Lett. 58, 1680 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Magruder, R. H.

L. Yang, D. H. Osborne, R. F. Haglund, R. H. Magruder, C. W. White, R. A. Zuhr, and H. Hosono, Appl. Phys. A 62, 403 (1996).
[CrossRef]

Manabe, Y.

I. Tanahashi, Y. Manabe, T. Tohda, S. Sasaki, and A. Nakamura, J. Appl. Phys. 79, 1224 (1996).
[CrossRef]

Minoshima, K.

Nakamura, A.

Omi, S.

Osborne, D. H.

L. Yang, D. H. Osborne, R. F. Haglund, R. H. Magruder, C. W. White, R. A. Zuhr, and H. Hosono, Appl. Phys. A 62, 403 (1996).
[CrossRef]

Puech, K.

Qui, Z. R.

Ricard, D.

F. Hache, D. Ricard, C. Flytzanis, and U. Kreibig, Appl. Phys. A 47, 347 (1988).
[CrossRef]

Roussingnol, P.

C. Flytznis, F. Hache, M. C. Klein, and P. Roussingnol, in Progress in Optics, E. Wolf, ed. (North-Holland, Amsterdam, 1991), Vol. XXIX, p. 322.

Sasaki, S.

I. Tanahashi, Y. Manabe, T. Tohda, S. Sasaki, and A. Nakamura, J. Appl. Phys. 79, 1224 (1996).
[CrossRef]

Schoenlein, R. W.

R. W. Schoenlein, W. Z. Lin, G. Fujimoto, and G. L. Eesley, Phys. Rev. Lett. 58, 1680 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Sheng, P.

H. B. Liao, R. F. Xiao, J. S. Fu, P. Yu, G. K. L. Wong, and P. Sheng, Appl. Phys. Lett. 70, 1 (1997).
[CrossRef]

Taiji, M.

Tanahashi, I.

I. Tanahashi, Y. Manabe, T. Tohda, S. Sasaki, and A. Nakamura, J. Appl. Phys. 79, 1224 (1996).
[CrossRef]

Tanji, H.

Tohda, T.

I. Tanahashi, Y. Manabe, T. Tohda, S. Sasaki, and A. Nakamura, J. Appl. Phys. 79, 1224 (1996).
[CrossRef]

Tokizaki, T.

Uchida, K.

Vollmer, M.

V. Keibig and M. Vollmer, Optical Properties of Metal Clusters (Springer-Verlag, Berlin, 1995), p. 312.

Wang, H.

White, C. W.

L. Yang, D. H. Osborne, R. F. Haglund, R. H. Magruder, C. W. White, R. A. Zuhr, and H. Hosono, Appl. Phys. A 62, 403 (1996).
[CrossRef]

Wong, G. K. L.

H. B. Liao, R. F. Xiao, J. S. Fu, P. Yu, G. K. L. Wong, and P. Sheng, Appl. Phys. Lett. 70, 1 (1997).
[CrossRef]

H. B. Liao, R. F. Xiao, J. S. Fu, and G. K. L. Wong, Appl. Phys. B 65, 673 (1997).
[CrossRef]

K. S. Wong, Z. R. Qui, H. Wang, and G. K. L. Wong, Opt. Lett. 22, 898 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Wong, K. S.

Xiao, R. F.

H. B. Liao, R. F. Xiao, J. S. Fu, and G. K. L. Wong, Appl. Phys. B 65, 673 (1997).
[CrossRef]

H. B. Liao, R. F. Xiao, J. S. Fu, P. Yu, G. K. L. Wong, and P. Sheng, Appl. Phys. Lett. 70, 1 (1997).
[CrossRef]

Yang, L.

L. Yang, D. H. Osborne, R. F. Haglund, R. H. Magruder, C. W. White, R. A. Zuhr, and H. Hosono, Appl. Phys. A 62, 403 (1996).
[CrossRef]

L. Yang, R. Dorsinville, P. P. Ho, W. K. Zou, N. L. Yang, and R. R. Alfano, Appl. Phys. Lett. 53, 2008 (1988).
[CrossRef]

Yang, N. L.

L. Yang, R. Dorsinville, P. P. Ho, W. K. Zou, N. L. Yang, and R. R. Alfano, Appl. Phys. Lett. 53, 2008 (1988).
[CrossRef]

Yu, P.

H. B. Liao, R. F. Xiao, J. S. Fu, P. Yu, G. K. L. Wong, and P. Sheng, Appl. Phys. Lett. 70, 1 (1997).
[CrossRef]

Zou, W. K.

L. Yang, R. Dorsinville, P. P. Ho, W. K. Zou, N. L. Yang, and R. R. Alfano, Appl. Phys. Lett. 53, 2008 (1988).
[CrossRef]

Zuhr, R. A.

L. Yang, D. H. Osborne, R. F. Haglund, R. H. Magruder, C. W. White, R. A. Zuhr, and H. Hosono, Appl. Phys. A 62, 403 (1996).
[CrossRef]

Appl. Phys. A

F. Hache, D. Ricard, C. Flytzanis, and U. Kreibig, Appl. Phys. A 47, 347 (1988).
[CrossRef]

L. Yang, D. H. Osborne, R. F. Haglund, R. H. Magruder, C. W. White, R. A. Zuhr, and H. Hosono, Appl. Phys. A 62, 403 (1996).
[CrossRef]

Appl. Phys. B

H. B. Liao, R. F. Xiao, J. S. Fu, and G. K. L. Wong, Appl. Phys. B 65, 673 (1997).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

L. Yang, R. Dorsinville, P. P. Ho, W. K. Zou, N. L. Yang, and R. R. Alfano, Appl. Phys. Lett. 53, 2008 (1988).
[CrossRef]

H. B. Liao, R. F. Xiao, J. S. Fu, P. Yu, G. K. L. Wong, and P. Sheng, Appl. Phys. Lett. 70, 1 (1997).
[CrossRef]

J. Appl. Phys.

I. Tanahashi, Y. Manabe, T. Tohda, S. Sasaki, and A. Nakamura, J. Appl. Phys. 79, 1224 (1996).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B

Opt. Lett.

Phys. Rev. Lett.

R. W. Schoenlein, W. Z. Lin, G. Fujimoto, and G. L. Eesley, Phys. Rev. Lett. 58, 1680 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Other

C. Flytznis, F. Hache, M. C. Klein, and P. Roussingnol, in Progress in Optics, E. Wolf, ed. (North-Holland, Amsterdam, 1991), Vol. XXIX, p. 322.

V. Keibig and M. Vollmer, Optical Properties of Metal Clusters (Springer-Verlag, Berlin, 1995), p. 312.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Wavelength dependence of χ3 in the Au:SiO2 composite film with an Au concentration of 33% measured with a probe laser with a pulse duration of 200  fs and a repetition rate of 1  kHz: a, the value of χ3; b, the optical spectrum for the same sample.

Fig. 2
Fig. 2

Concentration dependence of χ3 in Au:SiO2 composite films measured with three probe lasers (all at 532  nm) with pulse durations of a, 200  fs; b, 35  ps; c, 70  ps.

Fig. 3
Fig. 3

Time-resolved signals (linearly scaled) of Au:SiO2 composite films measured with three-beam forward DFWM and a probe laser with a pulse duration of 200  fs at Au concentrations of a, 12%  Au; b, 25%  Au; c, 33%  Au.

Equations (2)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

χeff3=pf2f2χm3,
χ3=χCS23IsICS2ns2nCS22LCS2Lsln1/T1-TT,

Metrics