Abstract

We report a new spectroscopic technique to measure simultaneously the intensity and the phase of second-harmonic (SH) radiation over a broad spectral range without laser tuning. Temporally separated SH pulses from two sources, excited by the same broad-bandwidth 15-fs Ti:sapphire fundamental pulse, interfere in a spectrometer to yield frequency-domain interference fringes. We demonstrate the technique by measuring the strongly bias-dependent phase of SH radiation from a Si/SiO2/Cr metal-oxide-semiconductor capacitor in the spectral range of the Si E1 critical point.

© 1999 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. I. Dadap, X. F. Hu, N. M. Russell, J. G. Ekerdt, M. C. Downer, and J. K. Lowell, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 1, 1145 (1995).
    [CrossRef]
  2. S. T. Cundiff, W. H. Knox, F. H. Baumann, K. W. Evans-Lutterodt, M.-T. Tang, M. L. Green, and H. M. van Driel, Appl. Phys. Lett. 70, 1414 (1997).
    [CrossRef]
  3. W. Daum, H.-J. Krause, U. Reichel, and H. Ibach, Phys. Rev. Lett. 71, 1234 (1993).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. X. F. Hu, Z. Xu, D. Lim, M. C. Downer, P. S. Parkinson, B. Gong, G. Hess, and J. G. Ekerdt, Appl. Phys. Lett. 71, 1376 (1997).
    [CrossRef]
  5. G. Lupke, C. Meyer, C. Olhoff, H. Kurz, S. Lehmann, and G. Morowsky, Opt. Lett. 20, 1997 (1995).
    [CrossRef]
  6. J. I. Dadap, X. F. Hu, M. Anderson, M. C. Downer, J. K. Lowell, and O. A. Aktsipetrov, Phys. Rev. B 53, R7607 (1996)P. Godefroy, W. de Jong, C. van Hasselt, M. Devillers, and Th. Rasing, Appl. Phys. Lett. 68, 1981 (1996).
    [CrossRef]
  7. B. S. Mendoza, A. Gaggiotti, and R. del Sole, Phys. Rev. Lett. 81, 3781 (1998).
    [CrossRef]
  8. R. Stolle, G. Marowsky, E. Schwarzberg, and G. Berkovic, Appl. Phys. B 63, 491 (1996)K. J. Veenstra, A. V. Petukhov, A. P. de Boer, and Th. Rasing, Phys. Rev. B 58, R16020 (1998).
    [CrossRef]
  9. P. Guyot-Sionnest, W. Chen, and Y. R. Shen, Phys. Rev. B 33, 8254 (1986).
    [CrossRef]
  10. M. T. Asaki, C.-P. Huang, D. Garvey, J. Zhou, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Opt. Lett. 18, 977 (1993).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. G. E. Jellison and F. A. Modine, Phys. Rev. B 27, 7466 (1983).
    [CrossRef]
  12. J. Humlicek, M. Garriga, M. I. Cardona, and M. Cardona, J. Appl. Phys. 65, 2827 (1988).
    [CrossRef]
  13. L. Lepetit, G. Chériaux, and M. Joffre, J. Opt. Soc. Am. B 12, 2467 (1995).
    [CrossRef]
  14. O. A. Aktsipetrov, A. A. Fedyanin, J. I. Dadap, and M. C. Downer, Laser Phys. 6, 1142 (1996).
  15. J. Zhou, G. Taft, C.-P. Huang, M. M. Murnane, H. C. Kapteyn, and I. P. Christov, Opt. Lett. 19, 1149 (1994).
    [CrossRef] [PubMed]
  16. D. N. Fittinghoff, J. L. Bowie, J. N. Sweetser, R. T. Jennings, M. A. Krumbugel, K. W. DeLong, R. Trebino, and I. A. Walmsley, Opt. Lett. 21, 884 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]

1998 (1)

B. S. Mendoza, A. Gaggiotti, and R. del Sole, Phys. Rev. Lett. 81, 3781 (1998).
[CrossRef]

1997 (2)

S. T. Cundiff, W. H. Knox, F. H. Baumann, K. W. Evans-Lutterodt, M.-T. Tang, M. L. Green, and H. M. van Driel, Appl. Phys. Lett. 70, 1414 (1997).
[CrossRef]

X. F. Hu, Z. Xu, D. Lim, M. C. Downer, P. S. Parkinson, B. Gong, G. Hess, and J. G. Ekerdt, Appl. Phys. Lett. 71, 1376 (1997).
[CrossRef]

1996 (4)

J. I. Dadap, X. F. Hu, M. Anderson, M. C. Downer, J. K. Lowell, and O. A. Aktsipetrov, Phys. Rev. B 53, R7607 (1996)P. Godefroy, W. de Jong, C. van Hasselt, M. Devillers, and Th. Rasing, Appl. Phys. Lett. 68, 1981 (1996).
[CrossRef]

R. Stolle, G. Marowsky, E. Schwarzberg, and G. Berkovic, Appl. Phys. B 63, 491 (1996)K. J. Veenstra, A. V. Petukhov, A. P. de Boer, and Th. Rasing, Phys. Rev. B 58, R16020 (1998).
[CrossRef]

O. A. Aktsipetrov, A. A. Fedyanin, J. I. Dadap, and M. C. Downer, Laser Phys. 6, 1142 (1996).

D. N. Fittinghoff, J. L. Bowie, J. N. Sweetser, R. T. Jennings, M. A. Krumbugel, K. W. DeLong, R. Trebino, and I. A. Walmsley, Opt. Lett. 21, 884 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

1995 (3)

L. Lepetit, G. Chériaux, and M. Joffre, J. Opt. Soc. Am. B 12, 2467 (1995).
[CrossRef]

G. Lupke, C. Meyer, C. Olhoff, H. Kurz, S. Lehmann, and G. Morowsky, Opt. Lett. 20, 1997 (1995).
[CrossRef]

J. I. Dadap, X. F. Hu, N. M. Russell, J. G. Ekerdt, M. C. Downer, and J. K. Lowell, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 1, 1145 (1995).
[CrossRef]

1994 (1)

1993 (2)

1988 (1)

J. Humlicek, M. Garriga, M. I. Cardona, and M. Cardona, J. Appl. Phys. 65, 2827 (1988).
[CrossRef]

1986 (1)

P. Guyot-Sionnest, W. Chen, and Y. R. Shen, Phys. Rev. B 33, 8254 (1986).
[CrossRef]

1983 (1)

G. E. Jellison and F. A. Modine, Phys. Rev. B 27, 7466 (1983).
[CrossRef]

Aktsipetrov, O. A.

O. A. Aktsipetrov, A. A. Fedyanin, J. I. Dadap, and M. C. Downer, Laser Phys. 6, 1142 (1996).

J. I. Dadap, X. F. Hu, M. Anderson, M. C. Downer, J. K. Lowell, and O. A. Aktsipetrov, Phys. Rev. B 53, R7607 (1996)P. Godefroy, W. de Jong, C. van Hasselt, M. Devillers, and Th. Rasing, Appl. Phys. Lett. 68, 1981 (1996).
[CrossRef]

Anderson, M.

J. I. Dadap, X. F. Hu, M. Anderson, M. C. Downer, J. K. Lowell, and O. A. Aktsipetrov, Phys. Rev. B 53, R7607 (1996)P. Godefroy, W. de Jong, C. van Hasselt, M. Devillers, and Th. Rasing, Appl. Phys. Lett. 68, 1981 (1996).
[CrossRef]

Asaki, M. T.

Baumann, F. H.

S. T. Cundiff, W. H. Knox, F. H. Baumann, K. W. Evans-Lutterodt, M.-T. Tang, M. L. Green, and H. M. van Driel, Appl. Phys. Lett. 70, 1414 (1997).
[CrossRef]

Berkovic, G.

R. Stolle, G. Marowsky, E. Schwarzberg, and G. Berkovic, Appl. Phys. B 63, 491 (1996)K. J. Veenstra, A. V. Petukhov, A. P. de Boer, and Th. Rasing, Phys. Rev. B 58, R16020 (1998).
[CrossRef]

Bowie, J. L.

Cardona, M.

J. Humlicek, M. Garriga, M. I. Cardona, and M. Cardona, J. Appl. Phys. 65, 2827 (1988).
[CrossRef]

Cardona, M. I.

J. Humlicek, M. Garriga, M. I. Cardona, and M. Cardona, J. Appl. Phys. 65, 2827 (1988).
[CrossRef]

Chen, W.

P. Guyot-Sionnest, W. Chen, and Y. R. Shen, Phys. Rev. B 33, 8254 (1986).
[CrossRef]

Chériaux, G.

Christov, I. P.

Cundiff, S. T.

S. T. Cundiff, W. H. Knox, F. H. Baumann, K. W. Evans-Lutterodt, M.-T. Tang, M. L. Green, and H. M. van Driel, Appl. Phys. Lett. 70, 1414 (1997).
[CrossRef]

Dadap, J. I.

J. I. Dadap, X. F. Hu, M. Anderson, M. C. Downer, J. K. Lowell, and O. A. Aktsipetrov, Phys. Rev. B 53, R7607 (1996)P. Godefroy, W. de Jong, C. van Hasselt, M. Devillers, and Th. Rasing, Appl. Phys. Lett. 68, 1981 (1996).
[CrossRef]

O. A. Aktsipetrov, A. A. Fedyanin, J. I. Dadap, and M. C. Downer, Laser Phys. 6, 1142 (1996).

J. I. Dadap, X. F. Hu, N. M. Russell, J. G. Ekerdt, M. C. Downer, and J. K. Lowell, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 1, 1145 (1995).
[CrossRef]

Daum, W.

W. Daum, H.-J. Krause, U. Reichel, and H. Ibach, Phys. Rev. Lett. 71, 1234 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

del Sole, R.

B. S. Mendoza, A. Gaggiotti, and R. del Sole, Phys. Rev. Lett. 81, 3781 (1998).
[CrossRef]

DeLong, K. W.

Downer, M. C.

X. F. Hu, Z. Xu, D. Lim, M. C. Downer, P. S. Parkinson, B. Gong, G. Hess, and J. G. Ekerdt, Appl. Phys. Lett. 71, 1376 (1997).
[CrossRef]

J. I. Dadap, X. F. Hu, M. Anderson, M. C. Downer, J. K. Lowell, and O. A. Aktsipetrov, Phys. Rev. B 53, R7607 (1996)P. Godefroy, W. de Jong, C. van Hasselt, M. Devillers, and Th. Rasing, Appl. Phys. Lett. 68, 1981 (1996).
[CrossRef]

O. A. Aktsipetrov, A. A. Fedyanin, J. I. Dadap, and M. C. Downer, Laser Phys. 6, 1142 (1996).

J. I. Dadap, X. F. Hu, N. M. Russell, J. G. Ekerdt, M. C. Downer, and J. K. Lowell, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 1, 1145 (1995).
[CrossRef]

Ekerdt, J. G.

X. F. Hu, Z. Xu, D. Lim, M. C. Downer, P. S. Parkinson, B. Gong, G. Hess, and J. G. Ekerdt, Appl. Phys. Lett. 71, 1376 (1997).
[CrossRef]

J. I. Dadap, X. F. Hu, N. M. Russell, J. G. Ekerdt, M. C. Downer, and J. K. Lowell, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 1, 1145 (1995).
[CrossRef]

Evans-Lutterodt, K. W.

S. T. Cundiff, W. H. Knox, F. H. Baumann, K. W. Evans-Lutterodt, M.-T. Tang, M. L. Green, and H. M. van Driel, Appl. Phys. Lett. 70, 1414 (1997).
[CrossRef]

Fedyanin, A. A.

O. A. Aktsipetrov, A. A. Fedyanin, J. I. Dadap, and M. C. Downer, Laser Phys. 6, 1142 (1996).

Fittinghoff, D. N.

Gaggiotti, A.

B. S. Mendoza, A. Gaggiotti, and R. del Sole, Phys. Rev. Lett. 81, 3781 (1998).
[CrossRef]

Garriga, M.

J. Humlicek, M. Garriga, M. I. Cardona, and M. Cardona, J. Appl. Phys. 65, 2827 (1988).
[CrossRef]

Garvey, D.

Gong, B.

X. F. Hu, Z. Xu, D. Lim, M. C. Downer, P. S. Parkinson, B. Gong, G. Hess, and J. G. Ekerdt, Appl. Phys. Lett. 71, 1376 (1997).
[CrossRef]

Green, M. L.

S. T. Cundiff, W. H. Knox, F. H. Baumann, K. W. Evans-Lutterodt, M.-T. Tang, M. L. Green, and H. M. van Driel, Appl. Phys. Lett. 70, 1414 (1997).
[CrossRef]

Guyot-Sionnest, P.

P. Guyot-Sionnest, W. Chen, and Y. R. Shen, Phys. Rev. B 33, 8254 (1986).
[CrossRef]

Hess, G.

X. F. Hu, Z. Xu, D. Lim, M. C. Downer, P. S. Parkinson, B. Gong, G. Hess, and J. G. Ekerdt, Appl. Phys. Lett. 71, 1376 (1997).
[CrossRef]

Hu, X. F.

X. F. Hu, Z. Xu, D. Lim, M. C. Downer, P. S. Parkinson, B. Gong, G. Hess, and J. G. Ekerdt, Appl. Phys. Lett. 71, 1376 (1997).
[CrossRef]

J. I. Dadap, X. F. Hu, M. Anderson, M. C. Downer, J. K. Lowell, and O. A. Aktsipetrov, Phys. Rev. B 53, R7607 (1996)P. Godefroy, W. de Jong, C. van Hasselt, M. Devillers, and Th. Rasing, Appl. Phys. Lett. 68, 1981 (1996).
[CrossRef]

J. I. Dadap, X. F. Hu, N. M. Russell, J. G. Ekerdt, M. C. Downer, and J. K. Lowell, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 1, 1145 (1995).
[CrossRef]

Huang, C.-P.

Humlicek, J.

J. Humlicek, M. Garriga, M. I. Cardona, and M. Cardona, J. Appl. Phys. 65, 2827 (1988).
[CrossRef]

Ibach, H.

W. Daum, H.-J. Krause, U. Reichel, and H. Ibach, Phys. Rev. Lett. 71, 1234 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Jellison, G. E.

G. E. Jellison and F. A. Modine, Phys. Rev. B 27, 7466 (1983).
[CrossRef]

Jennings, R. T.

Joffre, M.

Kapteyn, H. C.

Knox, W. H.

S. T. Cundiff, W. H. Knox, F. H. Baumann, K. W. Evans-Lutterodt, M.-T. Tang, M. L. Green, and H. M. van Driel, Appl. Phys. Lett. 70, 1414 (1997).
[CrossRef]

Krause, H.-J.

W. Daum, H.-J. Krause, U. Reichel, and H. Ibach, Phys. Rev. Lett. 71, 1234 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Krumbugel, M. A.

Kurz, H.

Lehmann, S.

Lepetit, L.

Lim, D.

X. F. Hu, Z. Xu, D. Lim, M. C. Downer, P. S. Parkinson, B. Gong, G. Hess, and J. G. Ekerdt, Appl. Phys. Lett. 71, 1376 (1997).
[CrossRef]

Lowell, J. K.

J. I. Dadap, X. F. Hu, M. Anderson, M. C. Downer, J. K. Lowell, and O. A. Aktsipetrov, Phys. Rev. B 53, R7607 (1996)P. Godefroy, W. de Jong, C. van Hasselt, M. Devillers, and Th. Rasing, Appl. Phys. Lett. 68, 1981 (1996).
[CrossRef]

J. I. Dadap, X. F. Hu, N. M. Russell, J. G. Ekerdt, M. C. Downer, and J. K. Lowell, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 1, 1145 (1995).
[CrossRef]

Lupke, G.

Marowsky, G.

R. Stolle, G. Marowsky, E. Schwarzberg, and G. Berkovic, Appl. Phys. B 63, 491 (1996)K. J. Veenstra, A. V. Petukhov, A. P. de Boer, and Th. Rasing, Phys. Rev. B 58, R16020 (1998).
[CrossRef]

Mendoza, B. S.

B. S. Mendoza, A. Gaggiotti, and R. del Sole, Phys. Rev. Lett. 81, 3781 (1998).
[CrossRef]

Meyer, C.

Modine, F. A.

G. E. Jellison and F. A. Modine, Phys. Rev. B 27, 7466 (1983).
[CrossRef]

Morowsky, G.

Murnane, M. M.

Olhoff, C.

Parkinson, P. S.

X. F. Hu, Z. Xu, D. Lim, M. C. Downer, P. S. Parkinson, B. Gong, G. Hess, and J. G. Ekerdt, Appl. Phys. Lett. 71, 1376 (1997).
[CrossRef]

Reichel, U.

W. Daum, H.-J. Krause, U. Reichel, and H. Ibach, Phys. Rev. Lett. 71, 1234 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Russell, N. M.

J. I. Dadap, X. F. Hu, N. M. Russell, J. G. Ekerdt, M. C. Downer, and J. K. Lowell, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 1, 1145 (1995).
[CrossRef]

Schwarzberg, E.

R. Stolle, G. Marowsky, E. Schwarzberg, and G. Berkovic, Appl. Phys. B 63, 491 (1996)K. J. Veenstra, A. V. Petukhov, A. P. de Boer, and Th. Rasing, Phys. Rev. B 58, R16020 (1998).
[CrossRef]

Shen, Y. R.

P. Guyot-Sionnest, W. Chen, and Y. R. Shen, Phys. Rev. B 33, 8254 (1986).
[CrossRef]

Stolle, R.

R. Stolle, G. Marowsky, E. Schwarzberg, and G. Berkovic, Appl. Phys. B 63, 491 (1996)K. J. Veenstra, A. V. Petukhov, A. P. de Boer, and Th. Rasing, Phys. Rev. B 58, R16020 (1998).
[CrossRef]

Sweetser, J. N.

Taft, G.

Tang, M.-T.

S. T. Cundiff, W. H. Knox, F. H. Baumann, K. W. Evans-Lutterodt, M.-T. Tang, M. L. Green, and H. M. van Driel, Appl. Phys. Lett. 70, 1414 (1997).
[CrossRef]

Trebino, R.

van Driel, H. M.

S. T. Cundiff, W. H. Knox, F. H. Baumann, K. W. Evans-Lutterodt, M.-T. Tang, M. L. Green, and H. M. van Driel, Appl. Phys. Lett. 70, 1414 (1997).
[CrossRef]

Walmsley, I. A.

Xu, Z.

X. F. Hu, Z. Xu, D. Lim, M. C. Downer, P. S. Parkinson, B. Gong, G. Hess, and J. G. Ekerdt, Appl. Phys. Lett. 71, 1376 (1997).
[CrossRef]

Zhou, J.

Appl. Phys. B (1)

R. Stolle, G. Marowsky, E. Schwarzberg, and G. Berkovic, Appl. Phys. B 63, 491 (1996)K. J. Veenstra, A. V. Petukhov, A. P. de Boer, and Th. Rasing, Phys. Rev. B 58, R16020 (1998).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (2)

S. T. Cundiff, W. H. Knox, F. H. Baumann, K. W. Evans-Lutterodt, M.-T. Tang, M. L. Green, and H. M. van Driel, Appl. Phys. Lett. 70, 1414 (1997).
[CrossRef]

X. F. Hu, Z. Xu, D. Lim, M. C. Downer, P. S. Parkinson, B. Gong, G. Hess, and J. G. Ekerdt, Appl. Phys. Lett. 71, 1376 (1997).
[CrossRef]

IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. (1)

J. I. Dadap, X. F. Hu, N. M. Russell, J. G. Ekerdt, M. C. Downer, and J. K. Lowell, IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 1, 1145 (1995).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

J. Humlicek, M. Garriga, M. I. Cardona, and M. Cardona, J. Appl. Phys. 65, 2827 (1988).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

Laser Phys. (1)

O. A. Aktsipetrov, A. A. Fedyanin, J. I. Dadap, and M. C. Downer, Laser Phys. 6, 1142 (1996).

Opt. Lett. (4)

Phys. Rev. B (3)

P. Guyot-Sionnest, W. Chen, and Y. R. Shen, Phys. Rev. B 33, 8254 (1986).
[CrossRef]

G. E. Jellison and F. A. Modine, Phys. Rev. B 27, 7466 (1983).
[CrossRef]

J. I. Dadap, X. F. Hu, M. Anderson, M. C. Downer, J. K. Lowell, and O. A. Aktsipetrov, Phys. Rev. B 53, R7607 (1996)P. Godefroy, W. de Jong, C. van Hasselt, M. Devillers, and Th. Rasing, Appl. Phys. Lett. 68, 1981 (1996).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (2)

B. S. Mendoza, A. Gaggiotti, and R. del Sole, Phys. Rev. Lett. 81, 3781 (1998).
[CrossRef]

W. Daum, H.-J. Krause, U. Reichel, and H. Ibach, Phys. Rev. Lett. 71, 1234 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

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

SH spectrum measured with a 15-fs laser from (a) Si1-xGex for varying composition, x. Note the redshift of the peak with increasing x. (b) Native oxidized Si in real time during a heating and cooling cycle. Note the redshift and the attenuation of the peak during heating and recovery on cooling.

Fig. 2
Fig. 2

Experimental setup for FDISH measurement. The graph shows an example of a raw interferogram.

Fig. 3
Fig. 3

(a) FDISH spectral measurements for the Si MOS capacitor at several biases. Inset, spectral amplitude at -3.79 and 9.37  V. (b) Bias dependence of SH phase for 2hν=3.25 eV to 2hν=3.45 eV in evenly spaced increments.

Equations (1)

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

-G2ω,z,z-χ22ω,ω+Δ,ω-Δ,z×Eω+Δ,zEω-Δ,zdΔdz0G2ω,z×χ22ω,z-Eω+Δ,zEω-Δ,zdΔdz,

Metrics