Abstract

Using in situ Raman scattering in a confocal microscopy setup, we have observed changes in the network structure of fused silica after modifying regions inside the glass with tightly focused 800-nm 130-fs laser pulses at fluences of 5200 J cm-2. The Raman spectra show a large increase in the peaks at 490 and 605 cm-1, owing to 4- and 3-membered ring structures in the silica network, indicating that densification occurs after exposure to the femtosecond laser pulses. The results are consistent with the formation of a localized plasma by the laser pulse and a subsequent microexplosion inside the glass.

© 2001 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. K. M. Davis, K. Miura, N. Sugimoto, and K. Hirao, Opt. Lett. 21, 1829 (1996).
  2. E. N. Glezer, M. Milosavljevic, L. Huang, R. J. Finlay, T. H. Her, J. P. Callan, and E. Mazur, Opt. Lett. 21, 2023 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. E. N. Glezer and E. Mazur, Appl. Phys. Lett. 71, 882 (1997).
    [CrossRef]
  4. J. Qiu, K. Miura, and K. Hirao, Jpn. J. Appl. Phys. 37, 2263 (1998).
    [CrossRef]
  5. D. Homoelle, S. Wielandy, A. Gaeta, N. F. Borrelli, and C. Smith, Opt. Lett. 24, 1311 (1999).
    [CrossRef]
  6. M. Watanabe, S. Juodkazis, H. B. Sun, S. Matsuo, M. Miwa, and R. Kaneko, Appl. Phys. Lett. 74, 3957 (1999).
    [CrossRef]
  7. K. Yamda, W. Watanabe, T. Toma, K. Itoh, and J. Nishii, Opt. Lett. 26, 19 (2001).
    [CrossRef]
  8. O. M. Efimov, K. Gabel, S. V. Garnov, L. B. Glebov, S. Grantham, M. Richardson, and M. J. Soileau, J. Opt. Soc. Am. B 15, 193 (1998).
    [CrossRef]
  9. L. Skuja, J. Non-Cryst. Solids 179, 51 (1994).
    [CrossRef]
  10. F. L. Galeener, J. Non-Cryst. Solids 71, 373 (1985).
    [CrossRef]
  11. A. Pasquarello and R. Car, Phys. Rev. Lett. 80, 5145 (1998).
    [CrossRef]
  12. R. Bruckner, J. Non-Cryst. Solids 5, 123 (1970).
    [CrossRef]
  13. J. B. Bates, R. W. Hendricks, and L. B. Shaffer, J. Chem. Phys. 61, 4163 (1974).
    [CrossRef]
  14. M. Okuno, B. Reynard, Y. Shimada, Y. Syono, and C. Willaine, Phys. Chem. Miner. 26, 304 (1999).
    [CrossRef]
  15. A. Agarwal, K. M. Davis, and M. Tomozawa, J. Non-Cryst. Solids 185, 191 (1994).
    [CrossRef]
  16. B. C. Stuart, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. Lett. 74, 2248 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]
  17. A.-C. Tien, S. Backus, H. Kapteyn, M. Murnane, and G. Mourou, Phys. Rev. Lett. 82, 3883 (1999).
    [CrossRef]

2001 (1)

1999 (4)

D. Homoelle, S. Wielandy, A. Gaeta, N. F. Borrelli, and C. Smith, Opt. Lett. 24, 1311 (1999).
[CrossRef]

M. Watanabe, S. Juodkazis, H. B. Sun, S. Matsuo, M. Miwa, and R. Kaneko, Appl. Phys. Lett. 74, 3957 (1999).
[CrossRef]

M. Okuno, B. Reynard, Y. Shimada, Y. Syono, and C. Willaine, Phys. Chem. Miner. 26, 304 (1999).
[CrossRef]

A.-C. Tien, S. Backus, H. Kapteyn, M. Murnane, and G. Mourou, Phys. Rev. Lett. 82, 3883 (1999).
[CrossRef]

1998 (3)

A. Pasquarello and R. Car, Phys. Rev. Lett. 80, 5145 (1998).
[CrossRef]

O. M. Efimov, K. Gabel, S. V. Garnov, L. B. Glebov, S. Grantham, M. Richardson, and M. J. Soileau, J. Opt. Soc. Am. B 15, 193 (1998).
[CrossRef]

J. Qiu, K. Miura, and K. Hirao, Jpn. J. Appl. Phys. 37, 2263 (1998).
[CrossRef]

1997 (1)

E. N. Glezer and E. Mazur, Appl. Phys. Lett. 71, 882 (1997).
[CrossRef]

1996 (2)

1995 (1)

B. C. Stuart, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. Lett. 74, 2248 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

1994 (2)

A. Agarwal, K. M. Davis, and M. Tomozawa, J. Non-Cryst. Solids 185, 191 (1994).
[CrossRef]

L. Skuja, J. Non-Cryst. Solids 179, 51 (1994).
[CrossRef]

1985 (1)

F. L. Galeener, J. Non-Cryst. Solids 71, 373 (1985).
[CrossRef]

1974 (1)

J. B. Bates, R. W. Hendricks, and L. B. Shaffer, J. Chem. Phys. 61, 4163 (1974).
[CrossRef]

1970 (1)

R. Bruckner, J. Non-Cryst. Solids 5, 123 (1970).
[CrossRef]

Agarwal, A.

A. Agarwal, K. M. Davis, and M. Tomozawa, J. Non-Cryst. Solids 185, 191 (1994).
[CrossRef]

Backus, S.

A.-C. Tien, S. Backus, H. Kapteyn, M. Murnane, and G. Mourou, Phys. Rev. Lett. 82, 3883 (1999).
[CrossRef]

Bates, J. B.

J. B. Bates, R. W. Hendricks, and L. B. Shaffer, J. Chem. Phys. 61, 4163 (1974).
[CrossRef]

Borrelli, N. F.

Bruckner, R.

R. Bruckner, J. Non-Cryst. Solids 5, 123 (1970).
[CrossRef]

Callan, J. P.

Car, R.

A. Pasquarello and R. Car, Phys. Rev. Lett. 80, 5145 (1998).
[CrossRef]

Davis, K. M.

K. M. Davis, K. Miura, N. Sugimoto, and K. Hirao, Opt. Lett. 21, 1829 (1996).

A. Agarwal, K. M. Davis, and M. Tomozawa, J. Non-Cryst. Solids 185, 191 (1994).
[CrossRef]

Efimov, O. M.

Feit, M. D.

B. C. Stuart, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. Lett. 74, 2248 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Finlay, R. J.

Gabel, K.

Gaeta, A.

Galeener, F. L.

F. L. Galeener, J. Non-Cryst. Solids 71, 373 (1985).
[CrossRef]

Garnov, S. V.

Glebov, L. B.

Glezer, E. N.

Grantham, S.

Hendricks, R. W.

J. B. Bates, R. W. Hendricks, and L. B. Shaffer, J. Chem. Phys. 61, 4163 (1974).
[CrossRef]

Her, T. H.

Hirao, K.

J. Qiu, K. Miura, and K. Hirao, Jpn. J. Appl. Phys. 37, 2263 (1998).
[CrossRef]

K. M. Davis, K. Miura, N. Sugimoto, and K. Hirao, Opt. Lett. 21, 1829 (1996).

Homoelle, D.

Huang, L.

Itoh, K.

Juodkazis, S.

M. Watanabe, S. Juodkazis, H. B. Sun, S. Matsuo, M. Miwa, and R. Kaneko, Appl. Phys. Lett. 74, 3957 (1999).
[CrossRef]

Kaneko, R.

M. Watanabe, S. Juodkazis, H. B. Sun, S. Matsuo, M. Miwa, and R. Kaneko, Appl. Phys. Lett. 74, 3957 (1999).
[CrossRef]

Kapteyn, H.

A.-C. Tien, S. Backus, H. Kapteyn, M. Murnane, and G. Mourou, Phys. Rev. Lett. 82, 3883 (1999).
[CrossRef]

Matsuo, S.

M. Watanabe, S. Juodkazis, H. B. Sun, S. Matsuo, M. Miwa, and R. Kaneko, Appl. Phys. Lett. 74, 3957 (1999).
[CrossRef]

Mazur, E.

Milosavljevic, M.

Miura, K.

J. Qiu, K. Miura, and K. Hirao, Jpn. J. Appl. Phys. 37, 2263 (1998).
[CrossRef]

K. M. Davis, K. Miura, N. Sugimoto, and K. Hirao, Opt. Lett. 21, 1829 (1996).

Miwa, M.

M. Watanabe, S. Juodkazis, H. B. Sun, S. Matsuo, M. Miwa, and R. Kaneko, Appl. Phys. Lett. 74, 3957 (1999).
[CrossRef]

Mourou, G.

A.-C. Tien, S. Backus, H. Kapteyn, M. Murnane, and G. Mourou, Phys. Rev. Lett. 82, 3883 (1999).
[CrossRef]

Murnane, M.

A.-C. Tien, S. Backus, H. Kapteyn, M. Murnane, and G. Mourou, Phys. Rev. Lett. 82, 3883 (1999).
[CrossRef]

Nishii, J.

Okuno, M.

M. Okuno, B. Reynard, Y. Shimada, Y. Syono, and C. Willaine, Phys. Chem. Miner. 26, 304 (1999).
[CrossRef]

Pasquarello, A.

A. Pasquarello and R. Car, Phys. Rev. Lett. 80, 5145 (1998).
[CrossRef]

Perry, M. D.

B. C. Stuart, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. Lett. 74, 2248 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Qiu, J.

J. Qiu, K. Miura, and K. Hirao, Jpn. J. Appl. Phys. 37, 2263 (1998).
[CrossRef]

Reynard, B.

M. Okuno, B. Reynard, Y. Shimada, Y. Syono, and C. Willaine, Phys. Chem. Miner. 26, 304 (1999).
[CrossRef]

Richardson, M.

Rubenchik, A. M.

B. C. Stuart, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. Lett. 74, 2248 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Shaffer, L. B.

J. B. Bates, R. W. Hendricks, and L. B. Shaffer, J. Chem. Phys. 61, 4163 (1974).
[CrossRef]

Shimada, Y.

M. Okuno, B. Reynard, Y. Shimada, Y. Syono, and C. Willaine, Phys. Chem. Miner. 26, 304 (1999).
[CrossRef]

Shore, B. W.

B. C. Stuart, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. Lett. 74, 2248 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Skuja, L.

L. Skuja, J. Non-Cryst. Solids 179, 51 (1994).
[CrossRef]

Smith, C.

Soileau, M. J.

Stuart, B. C.

B. C. Stuart, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. Lett. 74, 2248 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Sugimoto, N.

K. M. Davis, K. Miura, N. Sugimoto, and K. Hirao, Opt. Lett. 21, 1829 (1996).

Sun, H. B.

M. Watanabe, S. Juodkazis, H. B. Sun, S. Matsuo, M. Miwa, and R. Kaneko, Appl. Phys. Lett. 74, 3957 (1999).
[CrossRef]

Syono, Y.

M. Okuno, B. Reynard, Y. Shimada, Y. Syono, and C. Willaine, Phys. Chem. Miner. 26, 304 (1999).
[CrossRef]

Tien, A.-C.

A.-C. Tien, S. Backus, H. Kapteyn, M. Murnane, and G. Mourou, Phys. Rev. Lett. 82, 3883 (1999).
[CrossRef]

Toma, T.

Tomozawa, M.

A. Agarwal, K. M. Davis, and M. Tomozawa, J. Non-Cryst. Solids 185, 191 (1994).
[CrossRef]

Watanabe, M.

M. Watanabe, S. Juodkazis, H. B. Sun, S. Matsuo, M. Miwa, and R. Kaneko, Appl. Phys. Lett. 74, 3957 (1999).
[CrossRef]

Watanabe, W.

Wielandy, S.

Willaine, C.

M. Okuno, B. Reynard, Y. Shimada, Y. Syono, and C. Willaine, Phys. Chem. Miner. 26, 304 (1999).
[CrossRef]

Yamda, K.

Appl. Phys. Lett. (2)

E. N. Glezer and E. Mazur, Appl. Phys. Lett. 71, 882 (1997).
[CrossRef]

M. Watanabe, S. Juodkazis, H. B. Sun, S. Matsuo, M. Miwa, and R. Kaneko, Appl. Phys. Lett. 74, 3957 (1999).
[CrossRef]

J. Chem. Phys. (1)

J. B. Bates, R. W. Hendricks, and L. B. Shaffer, J. Chem. Phys. 61, 4163 (1974).
[CrossRef]

J. Non-Cryst. Solids (4)

R. Bruckner, J. Non-Cryst. Solids 5, 123 (1970).
[CrossRef]

A. Agarwal, K. M. Davis, and M. Tomozawa, J. Non-Cryst. Solids 185, 191 (1994).
[CrossRef]

L. Skuja, J. Non-Cryst. Solids 179, 51 (1994).
[CrossRef]

F. L. Galeener, J. Non-Cryst. Solids 71, 373 (1985).
[CrossRef]

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

Jpn. J. Appl. Phys. (1)

J. Qiu, K. Miura, and K. Hirao, Jpn. J. Appl. Phys. 37, 2263 (1998).
[CrossRef]

Opt. Lett. (4)

Phys. Chem. Miner. (1)

M. Okuno, B. Reynard, Y. Shimada, Y. Syono, and C. Willaine, Phys. Chem. Miner. 26, 304 (1999).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (3)

B. C. Stuart, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. Lett. 74, 2248 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

A.-C. Tien, S. Backus, H. Kapteyn, M. Murnane, and G. Mourou, Phys. Rev. Lett. 82, 3883 (1999).
[CrossRef]

A. Pasquarello and R. Car, Phys. Rev. Lett. 80, 5145 (1998).
[CrossRef]

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

Diagram of the confocal microscopy–spectroscopy setup: a, Ti:sapphire laser; b, Ar laser; c, dichroic beam splitter; d, microscope objective; e, xyz translation stage; f, sample; g, spatial filter; h, 488-nm notch filter; i, spectrometer; j, CCD camera (spectroscopy); k, CCD camera (white-light microscopy); l, flip mirrors; m, mirrors.

Fig. 2
Fig. 2

a, Micrographs of lines written in fused silica by use of fs pulses with different pulse energies. b, Raman spectra of modified regions in fused silica. The regions were modified by fs pulses with pulse energies as indicated in the figure.

Fig. 3
Fig. 3

Area of the 605cm-1 Raman peak in modified fused silica as a function of fs pulse energy. The different symbols refer to different experimental runs and indicate good reproducibility.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1 Changes in the Properties of Silica Glass after Different Densification Treatmentsa

Metrics