Abstract

Picosecond time-resolved pump–probe and Z-scan measurements are used to investigate the nonlinear refraction and absorption associated with intense picosecond excitation above the indirect band edge of GaP. The pump–probe results reveal both an instantaneous absorption feature, which is consistent with two-photon absorption, and a long-lived feature that is associated with the generation of free carriers by linear indirect absorption. Z scans conducted with pulses of 25- and 95-ps duration indicate that, for these pulse widths, the nonlinear refraction in GaP is dominated by the linear generation of free carriers and that the role of the electronic Kerr effect is negligible. The measured free-carrier refraction is compared with the value predicted from a simple model based on band filling. This model predicts that the primary contribution to the index change at the applied optical frequency arises from holes blocking direct transitions near the zone center and that similar blocking of indirect transitions has a negligible effect on the index.

© 1994 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. S. J. Rychnovsky, G. R. Allan, C. H. Venzke, A. L Smirl, T. F. Boggess, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1692, 191 (1992).
  2. O. Madelung, ed., Data in Science and Technology: Semiconductors—Group IV Elements and III–V Compounds (Springer-Verlag, New York, 1991), p. 91.
  3. T. F. Boggess, K. M. Bohnert, K. Mansour, S. C. Moss, I. W. Boyd, A. L. Smirl, IEEE J. Quantum Electron. QE-22, 360 (1986).
    [CrossRef]
  4. D. H. Reitze, T. R. Zhang, W. M. Wood, M. C. Downer, J. Opt. Soc. Am. B 7, 84 (1990).
    [CrossRef]
  5. J. I. Dadap, G. B. Focht, D. H. Reitze, M. C. Downer, Opt. Lett. 16, 499 (1991).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. M. Sheik-Bahae, A. A. Said, E. W. Van Stryland, Opt. Lett. 14, 955 (1989).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. W. Zhao, P. Pallfy-Muhoray, Appl. Phys. Lett. 63, 1613 (1993).
    [CrossRef]
  8. T. F. Boggess, K. Bohnert, D. P. Norwood, C. D. Mire, A. L. Smirl, Opt. Commun. 64, 387 (1987).
    [CrossRef]
  9. M. D. Dvorak, W. A. Schroeder, D. R. Andersen, A. L. Smirl, “Measurement of the anisotropy of two-photon absorption in zinc blende semiconductors,” IEEE J. Quantum Electron. (to be published).
  10. E. W. Van Stryland, H. Vanherzelle, M. A. Woodall, M. J. Soileau, A. L. Smirl, S. Guha, T. F. Boggess, Opt. Eng. 24, 613 (1985).
  11. B. S. Wherrett, J. Opt. Soc. Am. B 1, 67 (1984).
    [CrossRef]
  12. A. Miller, D. A. B. Miller, S. D. Smith, Adv. Phys. 30, 697 (1981).
    [CrossRef]
  13. D. A. B. Miller, C. T. Seaton, M. E. Prise, S. D. Smith, Phys. Rev. Lett. 47, 197 (1981).
    [CrossRef]
  14. W. Ji, S. H. Tang, A. K. Kukaswadia, J. Appl. Phys. 73, 8455 (1993).
    [CrossRef]

1993

W. Zhao, P. Pallfy-Muhoray, Appl. Phys. Lett. 63, 1613 (1993).
[CrossRef]

W. Ji, S. H. Tang, A. K. Kukaswadia, J. Appl. Phys. 73, 8455 (1993).
[CrossRef]

1992

S. J. Rychnovsky, G. R. Allan, C. H. Venzke, A. L Smirl, T. F. Boggess, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1692, 191 (1992).

1991

1990

1989

1987

T. F. Boggess, K. Bohnert, D. P. Norwood, C. D. Mire, A. L. Smirl, Opt. Commun. 64, 387 (1987).
[CrossRef]

1986

T. F. Boggess, K. M. Bohnert, K. Mansour, S. C. Moss, I. W. Boyd, A. L. Smirl, IEEE J. Quantum Electron. QE-22, 360 (1986).
[CrossRef]

1985

E. W. Van Stryland, H. Vanherzelle, M. A. Woodall, M. J. Soileau, A. L. Smirl, S. Guha, T. F. Boggess, Opt. Eng. 24, 613 (1985).

1984

1981

A. Miller, D. A. B. Miller, S. D. Smith, Adv. Phys. 30, 697 (1981).
[CrossRef]

D. A. B. Miller, C. T. Seaton, M. E. Prise, S. D. Smith, Phys. Rev. Lett. 47, 197 (1981).
[CrossRef]

Allan, G. R.

S. J. Rychnovsky, G. R. Allan, C. H. Venzke, A. L Smirl, T. F. Boggess, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1692, 191 (1992).

Andersen, D. R.

M. D. Dvorak, W. A. Schroeder, D. R. Andersen, A. L. Smirl, “Measurement of the anisotropy of two-photon absorption in zinc blende semiconductors,” IEEE J. Quantum Electron. (to be published).

Boggess, T. F.

S. J. Rychnovsky, G. R. Allan, C. H. Venzke, A. L Smirl, T. F. Boggess, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1692, 191 (1992).

T. F. Boggess, K. Bohnert, D. P. Norwood, C. D. Mire, A. L. Smirl, Opt. Commun. 64, 387 (1987).
[CrossRef]

T. F. Boggess, K. M. Bohnert, K. Mansour, S. C. Moss, I. W. Boyd, A. L. Smirl, IEEE J. Quantum Electron. QE-22, 360 (1986).
[CrossRef]

E. W. Van Stryland, H. Vanherzelle, M. A. Woodall, M. J. Soileau, A. L. Smirl, S. Guha, T. F. Boggess, Opt. Eng. 24, 613 (1985).

Bohnert, K.

T. F. Boggess, K. Bohnert, D. P. Norwood, C. D. Mire, A. L. Smirl, Opt. Commun. 64, 387 (1987).
[CrossRef]

Bohnert, K. M.

T. F. Boggess, K. M. Bohnert, K. Mansour, S. C. Moss, I. W. Boyd, A. L. Smirl, IEEE J. Quantum Electron. QE-22, 360 (1986).
[CrossRef]

Boyd, I. W.

T. F. Boggess, K. M. Bohnert, K. Mansour, S. C. Moss, I. W. Boyd, A. L. Smirl, IEEE J. Quantum Electron. QE-22, 360 (1986).
[CrossRef]

Dadap, J. I.

Downer, M. C.

Dvorak, M. D.

M. D. Dvorak, W. A. Schroeder, D. R. Andersen, A. L. Smirl, “Measurement of the anisotropy of two-photon absorption in zinc blende semiconductors,” IEEE J. Quantum Electron. (to be published).

Focht, G. B.

Guha, S.

E. W. Van Stryland, H. Vanherzelle, M. A. Woodall, M. J. Soileau, A. L. Smirl, S. Guha, T. F. Boggess, Opt. Eng. 24, 613 (1985).

Ji, W.

W. Ji, S. H. Tang, A. K. Kukaswadia, J. Appl. Phys. 73, 8455 (1993).
[CrossRef]

Kukaswadia, A. K.

W. Ji, S. H. Tang, A. K. Kukaswadia, J. Appl. Phys. 73, 8455 (1993).
[CrossRef]

Mansour, K.

T. F. Boggess, K. M. Bohnert, K. Mansour, S. C. Moss, I. W. Boyd, A. L. Smirl, IEEE J. Quantum Electron. QE-22, 360 (1986).
[CrossRef]

Miller, A.

A. Miller, D. A. B. Miller, S. D. Smith, Adv. Phys. 30, 697 (1981).
[CrossRef]

Miller, D. A. B.

A. Miller, D. A. B. Miller, S. D. Smith, Adv. Phys. 30, 697 (1981).
[CrossRef]

D. A. B. Miller, C. T. Seaton, M. E. Prise, S. D. Smith, Phys. Rev. Lett. 47, 197 (1981).
[CrossRef]

Mire, C. D.

T. F. Boggess, K. Bohnert, D. P. Norwood, C. D. Mire, A. L. Smirl, Opt. Commun. 64, 387 (1987).
[CrossRef]

Moss, S. C.

T. F. Boggess, K. M. Bohnert, K. Mansour, S. C. Moss, I. W. Boyd, A. L. Smirl, IEEE J. Quantum Electron. QE-22, 360 (1986).
[CrossRef]

Norwood, D. P.

T. F. Boggess, K. Bohnert, D. P. Norwood, C. D. Mire, A. L. Smirl, Opt. Commun. 64, 387 (1987).
[CrossRef]

Pallfy-Muhoray, P.

W. Zhao, P. Pallfy-Muhoray, Appl. Phys. Lett. 63, 1613 (1993).
[CrossRef]

Prise, M. E.

D. A. B. Miller, C. T. Seaton, M. E. Prise, S. D. Smith, Phys. Rev. Lett. 47, 197 (1981).
[CrossRef]

Reitze, D. H.

Rychnovsky, S. J.

S. J. Rychnovsky, G. R. Allan, C. H. Venzke, A. L Smirl, T. F. Boggess, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1692, 191 (1992).

Said, A. A.

Schroeder, W. A.

M. D. Dvorak, W. A. Schroeder, D. R. Andersen, A. L. Smirl, “Measurement of the anisotropy of two-photon absorption in zinc blende semiconductors,” IEEE J. Quantum Electron. (to be published).

Seaton, C. T.

D. A. B. Miller, C. T. Seaton, M. E. Prise, S. D. Smith, Phys. Rev. Lett. 47, 197 (1981).
[CrossRef]

Sheik-Bahae, M.

Smirl, A. L

S. J. Rychnovsky, G. R. Allan, C. H. Venzke, A. L Smirl, T. F. Boggess, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1692, 191 (1992).

Smirl, A. L.

T. F. Boggess, K. Bohnert, D. P. Norwood, C. D. Mire, A. L. Smirl, Opt. Commun. 64, 387 (1987).
[CrossRef]

T. F. Boggess, K. M. Bohnert, K. Mansour, S. C. Moss, I. W. Boyd, A. L. Smirl, IEEE J. Quantum Electron. QE-22, 360 (1986).
[CrossRef]

E. W. Van Stryland, H. Vanherzelle, M. A. Woodall, M. J. Soileau, A. L. Smirl, S. Guha, T. F. Boggess, Opt. Eng. 24, 613 (1985).

M. D. Dvorak, W. A. Schroeder, D. R. Andersen, A. L. Smirl, “Measurement of the anisotropy of two-photon absorption in zinc blende semiconductors,” IEEE J. Quantum Electron. (to be published).

Smith, S. D.

A. Miller, D. A. B. Miller, S. D. Smith, Adv. Phys. 30, 697 (1981).
[CrossRef]

D. A. B. Miller, C. T. Seaton, M. E. Prise, S. D. Smith, Phys. Rev. Lett. 47, 197 (1981).
[CrossRef]

Soileau, M. J.

E. W. Van Stryland, H. Vanherzelle, M. A. Woodall, M. J. Soileau, A. L. Smirl, S. Guha, T. F. Boggess, Opt. Eng. 24, 613 (1985).

Tang, S. H.

W. Ji, S. H. Tang, A. K. Kukaswadia, J. Appl. Phys. 73, 8455 (1993).
[CrossRef]

Van Stryland, E. W.

M. Sheik-Bahae, A. A. Said, E. W. Van Stryland, Opt. Lett. 14, 955 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

E. W. Van Stryland, H. Vanherzelle, M. A. Woodall, M. J. Soileau, A. L. Smirl, S. Guha, T. F. Boggess, Opt. Eng. 24, 613 (1985).

Vanherzelle, H.

E. W. Van Stryland, H. Vanherzelle, M. A. Woodall, M. J. Soileau, A. L. Smirl, S. Guha, T. F. Boggess, Opt. Eng. 24, 613 (1985).

Venzke, C. H.

S. J. Rychnovsky, G. R. Allan, C. H. Venzke, A. L Smirl, T. F. Boggess, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1692, 191 (1992).

Wherrett, B. S.

Wood, W. M.

Woodall, M. A.

E. W. Van Stryland, H. Vanherzelle, M. A. Woodall, M. J. Soileau, A. L. Smirl, S. Guha, T. F. Boggess, Opt. Eng. 24, 613 (1985).

Zhang, T. R.

Zhao, W.

W. Zhao, P. Pallfy-Muhoray, Appl. Phys. Lett. 63, 1613 (1993).
[CrossRef]

Adv. Phys.

A. Miller, D. A. B. Miller, S. D. Smith, Adv. Phys. 30, 697 (1981).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

W. Zhao, P. Pallfy-Muhoray, Appl. Phys. Lett. 63, 1613 (1993).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron.

T. F. Boggess, K. M. Bohnert, K. Mansour, S. C. Moss, I. W. Boyd, A. L. Smirl, IEEE J. Quantum Electron. QE-22, 360 (1986).
[CrossRef]

J. Appl. Phys.

W. Ji, S. H. Tang, A. K. Kukaswadia, J. Appl. Phys. 73, 8455 (1993).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B

Opt. Commun.

T. F. Boggess, K. Bohnert, D. P. Norwood, C. D. Mire, A. L. Smirl, Opt. Commun. 64, 387 (1987).
[CrossRef]

Opt. Eng.

E. W. Van Stryland, H. Vanherzelle, M. A. Woodall, M. J. Soileau, A. L. Smirl, S. Guha, T. F. Boggess, Opt. Eng. 24, 613 (1985).

Opt. Lett.

Phys. Rev. Lett.

D. A. B. Miller, C. T. Seaton, M. E. Prise, S. D. Smith, Phys. Rev. Lett. 47, 197 (1981).
[CrossRef]

Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng.

S. J. Rychnovsky, G. R. Allan, C. H. Venzke, A. L Smirl, T. F. Boggess, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1692, 191 (1992).

Other

O. Madelung, ed., Data in Science and Technology: Semiconductors—Group IV Elements and III–V Compounds (Springer-Verlag, New York, 1991), p. 91.

M. D. Dvorak, W. A. Schroeder, D. R. Andersen, A. L. Smirl, “Measurement of the anisotropy of two-photon absorption in zinc blende semiconductors,” IEEE J. Quantum Electron. (to be published).

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 (2)

Fig. 1
Fig. 1

Normalized change in probe transmission obtained from pump–probe measurements in GaP using 25-ps, 532-nm pulses with excitation fluences of 17 (■), 28 (○), and 38 (+) mJ/cm2. The solid curves are the results of numerical simulations as described in the text.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Open and (b) restricted Z-scan results for 25-ps (+) and 95-ps (○) pulses at 532 nm. In each case the input energy was 110 nJ. The insets schematically illustrate the experimental configurations, and the solid curves are the results of numerical simulations as described in the text.

Metrics