Abstract

We introduce a new approach to enhancing the optical power-limiting function at near-IR wavelength 800 nm by coupling effective two-photon absorption in one molecule with excited-state absorption in another molecule. We experimentally demonstrate this approach by using a strong two-photon absorbing dye, AF-380, and a strong reverse saturable absorber, C60. A nanosecond time-resolved experiment is used to show that energy transfer from AF-380 to C60 generates triplet excitation in C60 that further absorbs the pump beam to enhance the power-limiting function.

© 1998 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. P. N. Prasad, R. Gvishi, G. Ruland, N. D. Kumar, J. D. Bhawalkar, and U. Narang, Proc. SPIE 2530, 128 (1995).
    [CrossRef]
  2. M. Cha, N. S. Sariciftci, A. J. Heeger, J. C. Hummelen, and F. Wudl, Appl. Phys. Lett. 67, 3850 (1995).
    [CrossRef]
  3. X.-L. Wu, A. A. Heikal, I.-Y. S. Lee, M. Bohoroquez, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 104 (1997).
  4. G. S. He, R. Gvishi, P. N. Prasad, and B. A. Reinhardt, Opt. Commun. 117, 133 (1995).
    [CrossRef]
  5. G. S. He, Y. Lixiang, N. Cheng, J. D. Bhawalkar, and P. N. Prasad, J. Opt. Soc. Am. B 14, 1079 (1997).
    [CrossRef]
  6. B. A. Reinhardt, L. L. Brott, S. J. Clarson, R. Kannan, and A. G. Dillard, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 3 (1997).
    [CrossRef]
  7. J. E. Ehrlich, X. L. Wu, L. S. Lee, A. A. Heikal, Z. Y. Hu, H. Roeckel, S. R. Marder, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 9 (1998).
    [CrossRef]
  8. L. Tutt and A. Kost, Nature (London) 356, 225 (1992).
    [CrossRef]
  9. T. W. Ebbesen, K. Tanigaki, and S. Kuroshima, Chem. Phys. Lett. 181, 501 (1991).
  10. J. W. Arbogast, A. P. Darmanyan, C. S. Foote, Y. Rubin, F. N. Diedrich, M. M. Alvarez, S. J. Anz, and R. L. Whetten, J. Phys. Chem. 95, 11 (1991).
  11. R. J. Sension, C. M. Phillips, A. Z. Szarka, W. J. Ramanow, A. R. McGhie, J. P. McCauley, A. B. Smith, and R. M. Hochstrasser, J. Phys. Chem. 95, 6075 (1991).
  12. L. Smilowitz, D. McBranch, V. Klimov, J. M. Robinson, A. Koskelo, M. Grigorova, and B. R. Mattes, Opt. Lett. 21, 922 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. S. R. Mishra, H. S. Rawat, and S. C. Mehendale, Appl. Phys. Lett. 71, 1 (1997).
    [CrossRef]
  14. J. Swiatkiewicz, P. N. Prasad, and B. A. Reinhardt, “Probing two-photon excitation dynamics using ultrashort laser pulses,” Opt. Commun. (to be published).

1998

J. E. Ehrlich, X. L. Wu, L. S. Lee, A. A. Heikal, Z. Y. Hu, H. Roeckel, S. R. Marder, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 9 (1998).
[CrossRef]

1997

X.-L. Wu, A. A. Heikal, I.-Y. S. Lee, M. Bohoroquez, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 104 (1997).

S. R. Mishra, H. S. Rawat, and S. C. Mehendale, Appl. Phys. Lett. 71, 1 (1997).
[CrossRef]

G. S. He, Y. Lixiang, N. Cheng, J. D. Bhawalkar, and P. N. Prasad, J. Opt. Soc. Am. B 14, 1079 (1997).
[CrossRef]

B. A. Reinhardt, L. L. Brott, S. J. Clarson, R. Kannan, and A. G. Dillard, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 3 (1997).
[CrossRef]

1996

1995

G. S. He, R. Gvishi, P. N. Prasad, and B. A. Reinhardt, Opt. Commun. 117, 133 (1995).
[CrossRef]

P. N. Prasad, R. Gvishi, G. Ruland, N. D. Kumar, J. D. Bhawalkar, and U. Narang, Proc. SPIE 2530, 128 (1995).
[CrossRef]

M. Cha, N. S. Sariciftci, A. J. Heeger, J. C. Hummelen, and F. Wudl, Appl. Phys. Lett. 67, 3850 (1995).
[CrossRef]

1992

L. Tutt and A. Kost, Nature (London) 356, 225 (1992).
[CrossRef]

1991

T. W. Ebbesen, K. Tanigaki, and S. Kuroshima, Chem. Phys. Lett. 181, 501 (1991).

J. W. Arbogast, A. P. Darmanyan, C. S. Foote, Y. Rubin, F. N. Diedrich, M. M. Alvarez, S. J. Anz, and R. L. Whetten, J. Phys. Chem. 95, 11 (1991).

R. J. Sension, C. M. Phillips, A. Z. Szarka, W. J. Ramanow, A. R. McGhie, J. P. McCauley, A. B. Smith, and R. M. Hochstrasser, J. Phys. Chem. 95, 6075 (1991).

Alvarez, M. M.

J. W. Arbogast, A. P. Darmanyan, C. S. Foote, Y. Rubin, F. N. Diedrich, M. M. Alvarez, S. J. Anz, and R. L. Whetten, J. Phys. Chem. 95, 11 (1991).

Anz, S. J.

J. W. Arbogast, A. P. Darmanyan, C. S. Foote, Y. Rubin, F. N. Diedrich, M. M. Alvarez, S. J. Anz, and R. L. Whetten, J. Phys. Chem. 95, 11 (1991).

Arbogast, J. W.

J. W. Arbogast, A. P. Darmanyan, C. S. Foote, Y. Rubin, F. N. Diedrich, M. M. Alvarez, S. J. Anz, and R. L. Whetten, J. Phys. Chem. 95, 11 (1991).

Bhawalkar, J. D.

G. S. He, Y. Lixiang, N. Cheng, J. D. Bhawalkar, and P. N. Prasad, J. Opt. Soc. Am. B 14, 1079 (1997).
[CrossRef]

P. N. Prasad, R. Gvishi, G. Ruland, N. D. Kumar, J. D. Bhawalkar, and U. Narang, Proc. SPIE 2530, 128 (1995).
[CrossRef]

Bohoroquez, M.

X.-L. Wu, A. A. Heikal, I.-Y. S. Lee, M. Bohoroquez, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 104 (1997).

Brott, L. L.

B. A. Reinhardt, L. L. Brott, S. J. Clarson, R. Kannan, and A. G. Dillard, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 3 (1997).
[CrossRef]

Cha, M.

M. Cha, N. S. Sariciftci, A. J. Heeger, J. C. Hummelen, and F. Wudl, Appl. Phys. Lett. 67, 3850 (1995).
[CrossRef]

Cheng, N.

Clarson, S. J.

B. A. Reinhardt, L. L. Brott, S. J. Clarson, R. Kannan, and A. G. Dillard, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 3 (1997).
[CrossRef]

Darmanyan, A. P.

J. W. Arbogast, A. P. Darmanyan, C. S. Foote, Y. Rubin, F. N. Diedrich, M. M. Alvarez, S. J. Anz, and R. L. Whetten, J. Phys. Chem. 95, 11 (1991).

Diedrich, F. N.

J. W. Arbogast, A. P. Darmanyan, C. S. Foote, Y. Rubin, F. N. Diedrich, M. M. Alvarez, S. J. Anz, and R. L. Whetten, J. Phys. Chem. 95, 11 (1991).

Dillard, A. G.

B. A. Reinhardt, L. L. Brott, S. J. Clarson, R. Kannan, and A. G. Dillard, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 3 (1997).
[CrossRef]

Ebbesen, T. W.

T. W. Ebbesen, K. Tanigaki, and S. Kuroshima, Chem. Phys. Lett. 181, 501 (1991).

Ehrlich, J. E.

J. E. Ehrlich, X. L. Wu, L. S. Lee, A. A. Heikal, Z. Y. Hu, H. Roeckel, S. R. Marder, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 9 (1998).
[CrossRef]

Foote, C. S.

J. W. Arbogast, A. P. Darmanyan, C. S. Foote, Y. Rubin, F. N. Diedrich, M. M. Alvarez, S. J. Anz, and R. L. Whetten, J. Phys. Chem. 95, 11 (1991).

Grigorova, M.

Gvishi, R.

P. N. Prasad, R. Gvishi, G. Ruland, N. D. Kumar, J. D. Bhawalkar, and U. Narang, Proc. SPIE 2530, 128 (1995).
[CrossRef]

G. S. He, R. Gvishi, P. N. Prasad, and B. A. Reinhardt, Opt. Commun. 117, 133 (1995).
[CrossRef]

He, G. S.

G. S. He, Y. Lixiang, N. Cheng, J. D. Bhawalkar, and P. N. Prasad, J. Opt. Soc. Am. B 14, 1079 (1997).
[CrossRef]

G. S. He, R. Gvishi, P. N. Prasad, and B. A. Reinhardt, Opt. Commun. 117, 133 (1995).
[CrossRef]

Heeger, A. J.

M. Cha, N. S. Sariciftci, A. J. Heeger, J. C. Hummelen, and F. Wudl, Appl. Phys. Lett. 67, 3850 (1995).
[CrossRef]

Heikal, A. A.

J. E. Ehrlich, X. L. Wu, L. S. Lee, A. A. Heikal, Z. Y. Hu, H. Roeckel, S. R. Marder, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 9 (1998).
[CrossRef]

X.-L. Wu, A. A. Heikal, I.-Y. S. Lee, M. Bohoroquez, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 104 (1997).

Hochstrasser, R. M.

R. J. Sension, C. M. Phillips, A. Z. Szarka, W. J. Ramanow, A. R. McGhie, J. P. McCauley, A. B. Smith, and R. M. Hochstrasser, J. Phys. Chem. 95, 6075 (1991).

Hu, Z. Y.

J. E. Ehrlich, X. L. Wu, L. S. Lee, A. A. Heikal, Z. Y. Hu, H. Roeckel, S. R. Marder, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 9 (1998).
[CrossRef]

Hummelen, J. C.

M. Cha, N. S. Sariciftci, A. J. Heeger, J. C. Hummelen, and F. Wudl, Appl. Phys. Lett. 67, 3850 (1995).
[CrossRef]

Kannan, R.

B. A. Reinhardt, L. L. Brott, S. J. Clarson, R. Kannan, and A. G. Dillard, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 3 (1997).
[CrossRef]

Klimov, V.

Koskelo, A.

Kost, A.

L. Tutt and A. Kost, Nature (London) 356, 225 (1992).
[CrossRef]

Kumar, N. D.

P. N. Prasad, R. Gvishi, G. Ruland, N. D. Kumar, J. D. Bhawalkar, and U. Narang, Proc. SPIE 2530, 128 (1995).
[CrossRef]

Kuroshima, S.

T. W. Ebbesen, K. Tanigaki, and S. Kuroshima, Chem. Phys. Lett. 181, 501 (1991).

Lee, I.-Y. S.

X.-L. Wu, A. A. Heikal, I.-Y. S. Lee, M. Bohoroquez, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 104 (1997).

Lee, L. S.

J. E. Ehrlich, X. L. Wu, L. S. Lee, A. A. Heikal, Z. Y. Hu, H. Roeckel, S. R. Marder, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 9 (1998).
[CrossRef]

Lixiang, Y.

Marder, S. R.

J. E. Ehrlich, X. L. Wu, L. S. Lee, A. A. Heikal, Z. Y. Hu, H. Roeckel, S. R. Marder, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 9 (1998).
[CrossRef]

Mattes, B. R.

McBranch, D.

McCauley, J. P.

R. J. Sension, C. M. Phillips, A. Z. Szarka, W. J. Ramanow, A. R. McGhie, J. P. McCauley, A. B. Smith, and R. M. Hochstrasser, J. Phys. Chem. 95, 6075 (1991).

McGhie, A. R.

R. J. Sension, C. M. Phillips, A. Z. Szarka, W. J. Ramanow, A. R. McGhie, J. P. McCauley, A. B. Smith, and R. M. Hochstrasser, J. Phys. Chem. 95, 6075 (1991).

Mehendale, S. C.

S. R. Mishra, H. S. Rawat, and S. C. Mehendale, Appl. Phys. Lett. 71, 1 (1997).
[CrossRef]

Mishra, S. R.

S. R. Mishra, H. S. Rawat, and S. C. Mehendale, Appl. Phys. Lett. 71, 1 (1997).
[CrossRef]

Narang, U.

P. N. Prasad, R. Gvishi, G. Ruland, N. D. Kumar, J. D. Bhawalkar, and U. Narang, Proc. SPIE 2530, 128 (1995).
[CrossRef]

Perry, J. W.

J. E. Ehrlich, X. L. Wu, L. S. Lee, A. A. Heikal, Z. Y. Hu, H. Roeckel, S. R. Marder, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 9 (1998).
[CrossRef]

X.-L. Wu, A. A. Heikal, I.-Y. S. Lee, M. Bohoroquez, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 104 (1997).

Phillips, C. M.

R. J. Sension, C. M. Phillips, A. Z. Szarka, W. J. Ramanow, A. R. McGhie, J. P. McCauley, A. B. Smith, and R. M. Hochstrasser, J. Phys. Chem. 95, 6075 (1991).

Prasad, P. N.

G. S. He, Y. Lixiang, N. Cheng, J. D. Bhawalkar, and P. N. Prasad, J. Opt. Soc. Am. B 14, 1079 (1997).
[CrossRef]

P. N. Prasad, R. Gvishi, G. Ruland, N. D. Kumar, J. D. Bhawalkar, and U. Narang, Proc. SPIE 2530, 128 (1995).
[CrossRef]

G. S. He, R. Gvishi, P. N. Prasad, and B. A. Reinhardt, Opt. Commun. 117, 133 (1995).
[CrossRef]

J. Swiatkiewicz, P. N. Prasad, and B. A. Reinhardt, “Probing two-photon excitation dynamics using ultrashort laser pulses,” Opt. Commun. (to be published).

Ramanow, W. J.

R. J. Sension, C. M. Phillips, A. Z. Szarka, W. J. Ramanow, A. R. McGhie, J. P. McCauley, A. B. Smith, and R. M. Hochstrasser, J. Phys. Chem. 95, 6075 (1991).

Rawat, H. S.

S. R. Mishra, H. S. Rawat, and S. C. Mehendale, Appl. Phys. Lett. 71, 1 (1997).
[CrossRef]

Reinhardt, B. A.

B. A. Reinhardt, L. L. Brott, S. J. Clarson, R. Kannan, and A. G. Dillard, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 3 (1997).
[CrossRef]

G. S. He, R. Gvishi, P. N. Prasad, and B. A. Reinhardt, Opt. Commun. 117, 133 (1995).
[CrossRef]

J. Swiatkiewicz, P. N. Prasad, and B. A. Reinhardt, “Probing two-photon excitation dynamics using ultrashort laser pulses,” Opt. Commun. (to be published).

Robinson, J. M.

Roeckel, H.

J. E. Ehrlich, X. L. Wu, L. S. Lee, A. A. Heikal, Z. Y. Hu, H. Roeckel, S. R. Marder, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 9 (1998).
[CrossRef]

Rubin, Y.

J. W. Arbogast, A. P. Darmanyan, C. S. Foote, Y. Rubin, F. N. Diedrich, M. M. Alvarez, S. J. Anz, and R. L. Whetten, J. Phys. Chem. 95, 11 (1991).

Ruland, G.

P. N. Prasad, R. Gvishi, G. Ruland, N. D. Kumar, J. D. Bhawalkar, and U. Narang, Proc. SPIE 2530, 128 (1995).
[CrossRef]

Sariciftci, N. S.

M. Cha, N. S. Sariciftci, A. J. Heeger, J. C. Hummelen, and F. Wudl, Appl. Phys. Lett. 67, 3850 (1995).
[CrossRef]

Sension, R. J.

R. J. Sension, C. M. Phillips, A. Z. Szarka, W. J. Ramanow, A. R. McGhie, J. P. McCauley, A. B. Smith, and R. M. Hochstrasser, J. Phys. Chem. 95, 6075 (1991).

Smilowitz, L.

Smith, A. B.

R. J. Sension, C. M. Phillips, A. Z. Szarka, W. J. Ramanow, A. R. McGhie, J. P. McCauley, A. B. Smith, and R. M. Hochstrasser, J. Phys. Chem. 95, 6075 (1991).

Swiatkiewicz, J.

J. Swiatkiewicz, P. N. Prasad, and B. A. Reinhardt, “Probing two-photon excitation dynamics using ultrashort laser pulses,” Opt. Commun. (to be published).

Szarka, A. Z.

R. J. Sension, C. M. Phillips, A. Z. Szarka, W. J. Ramanow, A. R. McGhie, J. P. McCauley, A. B. Smith, and R. M. Hochstrasser, J. Phys. Chem. 95, 6075 (1991).

Tanigaki, K.

T. W. Ebbesen, K. Tanigaki, and S. Kuroshima, Chem. Phys. Lett. 181, 501 (1991).

Tutt, L.

L. Tutt and A. Kost, Nature (London) 356, 225 (1992).
[CrossRef]

Whetten, R. L.

J. W. Arbogast, A. P. Darmanyan, C. S. Foote, Y. Rubin, F. N. Diedrich, M. M. Alvarez, S. J. Anz, and R. L. Whetten, J. Phys. Chem. 95, 11 (1991).

Wu, X. L.

J. E. Ehrlich, X. L. Wu, L. S. Lee, A. A. Heikal, Z. Y. Hu, H. Roeckel, S. R. Marder, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 9 (1998).
[CrossRef]

Wu, X.-L.

X.-L. Wu, A. A. Heikal, I.-Y. S. Lee, M. Bohoroquez, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 104 (1997).

Wudl, F.

M. Cha, N. S. Sariciftci, A. J. Heeger, J. C. Hummelen, and F. Wudl, Appl. Phys. Lett. 67, 3850 (1995).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

M. Cha, N. S. Sariciftci, A. J. Heeger, J. C. Hummelen, and F. Wudl, Appl. Phys. Lett. 67, 3850 (1995).
[CrossRef]

S. R. Mishra, H. S. Rawat, and S. C. Mehendale, Appl. Phys. Lett. 71, 1 (1997).
[CrossRef]

Chem. Phys. Lett.

T. W. Ebbesen, K. Tanigaki, and S. Kuroshima, Chem. Phys. Lett. 181, 501 (1991).

J. Opt. Soc. Am. B

J. Phys. Chem.

J. W. Arbogast, A. P. Darmanyan, C. S. Foote, Y. Rubin, F. N. Diedrich, M. M. Alvarez, S. J. Anz, and R. L. Whetten, J. Phys. Chem. 95, 11 (1991).

R. J. Sension, C. M. Phillips, A. Z. Szarka, W. J. Ramanow, A. R. McGhie, J. P. McCauley, A. B. Smith, and R. M. Hochstrasser, J. Phys. Chem. 95, 6075 (1991).

Mater. Res. Soc. Symp. Proc.

X.-L. Wu, A. A. Heikal, I.-Y. S. Lee, M. Bohoroquez, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 104 (1997).

B. A. Reinhardt, L. L. Brott, S. J. Clarson, R. Kannan, and A. G. Dillard, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 3 (1997).
[CrossRef]

J. E. Ehrlich, X. L. Wu, L. S. Lee, A. A. Heikal, Z. Y. Hu, H. Roeckel, S. R. Marder, and J. W. Perry, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 479, 9 (1998).
[CrossRef]

Nature (London)

L. Tutt and A. Kost, Nature (London) 356, 225 (1992).
[CrossRef]

Opt. Commun.

G. S. He, R. Gvishi, P. N. Prasad, and B. A. Reinhardt, Opt. Commun. 117, 133 (1995).
[CrossRef]

Opt. Lett.

Proc. SPIE

P. N. Prasad, R. Gvishi, G. Ruland, N. D. Kumar, J. D. Bhawalkar, and U. Narang, Proc. SPIE 2530, 128 (1995).
[CrossRef]

Other

J. Swiatkiewicz, P. N. Prasad, and B. A. Reinhardt, “Probing two-photon excitation dynamics using ultrashort laser pulses,” Opt. Commun. (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 (5)

Fig. 1
Fig. 1

Absorption spectra of the dye AF-380 (10-5 M concentration) with and without addition of C60 in 1,2 dichlorobenzene solvent: (a) pure AF-380 dye, (b) pure C60, (c) a 1:1 M concentration of AF-380 and C60.

Fig. 2
Fig. 2

(a) One-photon photoluminescence and (b) photoluminescence excitation spectra of AF380:C60 solutions with different relative molar concentrations of C60: (1) 1:0, (2) 1:0.5, and (3) 1:1. For (a) the excitation was at 400 nm; for (b) the emission wavelength was fixed at 505 nm. The sharp peak near 505 nm in (b) is an instrumental artifact. Concentrations of AF-380 and C60 were the same as for Fig. 1.

Fig. 3
Fig. 3

Optical limiting behavior of AF-380 dye and AF380:C60 solution in a 1:1 M concentration. The concentration of AF-380 dye was 4 mM. The laser pulse used was 8 ns at 800 nm. The low-intensity transmission in both samples was 90%. T, transmission.

Fig. 4
Fig. 4

Simple kinetic model of energy-transfer-induced enhanced optical limiting in AF-380 dye and a C60 molecule: ω1, incident photon (800 nm); S1, S0 and T1,T0, singlet and triplet states of C60, respectively; ISC, intersystem crossing.

Fig. 5
Fig. 5

(a) Schematic of the time-resolved pump–probe experiment to measure the probe pulse transmission as a function of the pump intensity. The probe pulse delay and the energy were 20 ns and 10 nJ, respectively. L1, L2, lenses. (b) Variation of the probe pulse transmission with an increase in the pump intensity in the AF380:C60 solution of 1:1 relative composition. The maximum decrease in the probe pulse transmission was 10% at a pump intensity of 12 J/cm2.

Metrics