Abstract

The nonlinear optical properties of solid–solid phase transformation in vanadium dioxide are studied. It is found that the efficiency of the third-harmonic optical signal generated from the surface of the material increases by 1.5 orders of magnitude as a function of this phase transformation. Microscopy studies show the hysteresis of the phase transformation on a micrometer-size scale.

© 2002 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. F. Morin, Phys. Rev. Lett. 3, 34 (1959).
    [CrossRef]
  2. A. S. Barker, H. W. Verleur, and H. J. Guggenheim, Phys. Rev. Lett. 17, 1286 (1966).
    [CrossRef]
  3. H. W. Verleur, A. S. Barker, and C. N. Berglund, Phys. Rev. 172, 788 (1968).
    [CrossRef]
  4. M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, Appl. Phys. Lett. 65, 1507 (1994).
    [CrossRef]
  5. M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, J. Appl. Phys. 79, 2404 (1996).
    [CrossRef]
  6. A. Cavalleri, Cs. Toth, C. W. Siders, J. A. Squier, F. Raksi, P. Forget, and J. C. Kieffer, Phys. Rev. Lett. 87, 237401 (2001).
    [CrossRef]
  7. Y. R. Shen, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 6, 1375 (2000).
    [CrossRef]
  8. E. C. Fox and H. M. van Driel, IEEE J. Quantum Electron. 25, 1104 (1989).
    [CrossRef]
  9. N. I. Zheludev, P. J. Bennett, H. Loh, S. V. Popov, I. R. Shatwell, and Yu. P. Svirko, Opt. Lett. 20, 1368 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. S. Dhanjal, S. V. Popov, I. R. Shatwell, Yu. P. Svirko, N. I. Zheludev, and V. E. Gusev, Opt. Lett. 22, 1879 (1997).
    [CrossRef]
  11. Ch. Leroux, G. Nihoul, and G. Van Tendeloo, Phys. Rev. B 57, 5111 (1998).
    [CrossRef]
  12. M. Borek, F. Qian, V. Nagabushnam, and R. K. Singh, Appl. Phys. Lett. 63, 3288 (1993).
    [CrossRef]
  13. Z. P. Wu, S. Yamamoto, A. Miyashita, Z. J. Zhang, K. Narumi, and H. Naramoto, J. Phys. Condens. Matter 10, 765 (1998).
    [CrossRef]
  14. D. H. Kin and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 65, 3188 (1994).
    [CrossRef]
  15. V. Shcheslavskiy, V. V. Yakovlev, and A. Ivanov, Opt. Lett. 26, 1999 (2001).
    [CrossRef]
  16. W. K. Burns and N. Bloembergen, Phys. Rev. B 4, 3437 (1971).
    [CrossRef]
  17. F. A. Egorov, Y. S. Temirov, A. A. Sokolovskii, V. F. Dvoryankin, V. T. Potapov, and S. Romanova, Pis’ma Zh. Tekh. Fiz. 15, 8 (1989).
  18. R. S. Rana, D. D. Nolte, and F. A. Chudnovskii, Opt. Lett. 17, 1385 (1992).
    [CrossRef]

2001

A. Cavalleri, Cs. Toth, C. W. Siders, J. A. Squier, F. Raksi, P. Forget, and J. C. Kieffer, Phys. Rev. Lett. 87, 237401 (2001).
[CrossRef]

V. Shcheslavskiy, V. V. Yakovlev, and A. Ivanov, Opt. Lett. 26, 1999 (2001).
[CrossRef]

2000

Y. R. Shen, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 6, 1375 (2000).
[CrossRef]

1998

Ch. Leroux, G. Nihoul, and G. Van Tendeloo, Phys. Rev. B 57, 5111 (1998).
[CrossRef]

Z. P. Wu, S. Yamamoto, A. Miyashita, Z. J. Zhang, K. Narumi, and H. Naramoto, J. Phys. Condens. Matter 10, 765 (1998).
[CrossRef]

1997

1996

M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, J. Appl. Phys. 79, 2404 (1996).
[CrossRef]

1995

1994

D. H. Kin and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 65, 3188 (1994).
[CrossRef]

M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, Appl. Phys. Lett. 65, 1507 (1994).
[CrossRef]

1993

M. Borek, F. Qian, V. Nagabushnam, and R. K. Singh, Appl. Phys. Lett. 63, 3288 (1993).
[CrossRef]

1992

1989

F. A. Egorov, Y. S. Temirov, A. A. Sokolovskii, V. F. Dvoryankin, V. T. Potapov, and S. Romanova, Pis’ma Zh. Tekh. Fiz. 15, 8 (1989).

E. C. Fox and H. M. van Driel, IEEE J. Quantum Electron. 25, 1104 (1989).
[CrossRef]

1971

W. K. Burns and N. Bloembergen, Phys. Rev. B 4, 3437 (1971).
[CrossRef]

1968

H. W. Verleur, A. S. Barker, and C. N. Berglund, Phys. Rev. 172, 788 (1968).
[CrossRef]

1966

A. S. Barker, H. W. Verleur, and H. J. Guggenheim, Phys. Rev. Lett. 17, 1286 (1966).
[CrossRef]

1959

F. Morin, Phys. Rev. Lett. 3, 34 (1959).
[CrossRef]

Barker, A. S.

H. W. Verleur, A. S. Barker, and C. N. Berglund, Phys. Rev. 172, 788 (1968).
[CrossRef]

A. S. Barker, H. W. Verleur, and H. J. Guggenheim, Phys. Rev. Lett. 17, 1286 (1966).
[CrossRef]

Becker, M. F.

M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, J. Appl. Phys. 79, 2404 (1996).
[CrossRef]

M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, Appl. Phys. Lett. 65, 1507 (1994).
[CrossRef]

Bennett, P. J.

Berglund, C. N.

H. W. Verleur, A. S. Barker, and C. N. Berglund, Phys. Rev. 172, 788 (1968).
[CrossRef]

Bloembergen, N.

W. K. Burns and N. Bloembergen, Phys. Rev. B 4, 3437 (1971).
[CrossRef]

Borek, M.

M. Borek, F. Qian, V. Nagabushnam, and R. K. Singh, Appl. Phys. Lett. 63, 3288 (1993).
[CrossRef]

Brun, A.

M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, J. Appl. Phys. 79, 2404 (1996).
[CrossRef]

M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, Appl. Phys. Lett. 65, 1507 (1994).
[CrossRef]

Buckman, A. B.

M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, J. Appl. Phys. 79, 2404 (1996).
[CrossRef]

M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, Appl. Phys. Lett. 65, 1507 (1994).
[CrossRef]

Burns, W. K.

W. K. Burns and N. Bloembergen, Phys. Rev. B 4, 3437 (1971).
[CrossRef]

Cavalleri, A.

A. Cavalleri, Cs. Toth, C. W. Siders, J. A. Squier, F. Raksi, P. Forget, and J. C. Kieffer, Phys. Rev. Lett. 87, 237401 (2001).
[CrossRef]

Chudnovskii, F. A.

Dhanjal, S.

Dvoryankin, V. F.

F. A. Egorov, Y. S. Temirov, A. A. Sokolovskii, V. F. Dvoryankin, V. T. Potapov, and S. Romanova, Pis’ma Zh. Tekh. Fiz. 15, 8 (1989).

Egorov, F. A.

F. A. Egorov, Y. S. Temirov, A. A. Sokolovskii, V. F. Dvoryankin, V. T. Potapov, and S. Romanova, Pis’ma Zh. Tekh. Fiz. 15, 8 (1989).

Forget, P.

A. Cavalleri, Cs. Toth, C. W. Siders, J. A. Squier, F. Raksi, P. Forget, and J. C. Kieffer, Phys. Rev. Lett. 87, 237401 (2001).
[CrossRef]

Fox, E. C.

E. C. Fox and H. M. van Driel, IEEE J. Quantum Electron. 25, 1104 (1989).
[CrossRef]

Georges, P.

M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, J. Appl. Phys. 79, 2404 (1996).
[CrossRef]

M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, Appl. Phys. Lett. 65, 1507 (1994).
[CrossRef]

Guggenheim, H. J.

A. S. Barker, H. W. Verleur, and H. J. Guggenheim, Phys. Rev. Lett. 17, 1286 (1966).
[CrossRef]

Gusev, V. E.

Ivanov, A.

Kieffer, J. C.

A. Cavalleri, Cs. Toth, C. W. Siders, J. A. Squier, F. Raksi, P. Forget, and J. C. Kieffer, Phys. Rev. Lett. 87, 237401 (2001).
[CrossRef]

Kin, D. H.

D. H. Kin and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 65, 3188 (1994).
[CrossRef]

Kwok, H. S.

D. H. Kin and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 65, 3188 (1994).
[CrossRef]

Lepine, T.

M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, J. Appl. Phys. 79, 2404 (1996).
[CrossRef]

M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, Appl. Phys. Lett. 65, 1507 (1994).
[CrossRef]

Leroux, Ch.

Ch. Leroux, G. Nihoul, and G. Van Tendeloo, Phys. Rev. B 57, 5111 (1998).
[CrossRef]

Loh, H.

Miyashita, A.

Z. P. Wu, S. Yamamoto, A. Miyashita, Z. J. Zhang, K. Narumi, and H. Naramoto, J. Phys. Condens. Matter 10, 765 (1998).
[CrossRef]

Morin, F.

F. Morin, Phys. Rev. Lett. 3, 34 (1959).
[CrossRef]

Nagabushnam, V.

M. Borek, F. Qian, V. Nagabushnam, and R. K. Singh, Appl. Phys. Lett. 63, 3288 (1993).
[CrossRef]

Naramoto, H.

Z. P. Wu, S. Yamamoto, A. Miyashita, Z. J. Zhang, K. Narumi, and H. Naramoto, J. Phys. Condens. Matter 10, 765 (1998).
[CrossRef]

Narumi, K.

Z. P. Wu, S. Yamamoto, A. Miyashita, Z. J. Zhang, K. Narumi, and H. Naramoto, J. Phys. Condens. Matter 10, 765 (1998).
[CrossRef]

Nihoul, G.

Ch. Leroux, G. Nihoul, and G. Van Tendeloo, Phys. Rev. B 57, 5111 (1998).
[CrossRef]

Nolte, D. D.

Popov, S. V.

Potapov, V. T.

F. A. Egorov, Y. S. Temirov, A. A. Sokolovskii, V. F. Dvoryankin, V. T. Potapov, and S. Romanova, Pis’ma Zh. Tekh. Fiz. 15, 8 (1989).

Qian, F.

M. Borek, F. Qian, V. Nagabushnam, and R. K. Singh, Appl. Phys. Lett. 63, 3288 (1993).
[CrossRef]

Raksi, F.

A. Cavalleri, Cs. Toth, C. W. Siders, J. A. Squier, F. Raksi, P. Forget, and J. C. Kieffer, Phys. Rev. Lett. 87, 237401 (2001).
[CrossRef]

Rana, R. S.

Romanova, S.

F. A. Egorov, Y. S. Temirov, A. A. Sokolovskii, V. F. Dvoryankin, V. T. Potapov, and S. Romanova, Pis’ma Zh. Tekh. Fiz. 15, 8 (1989).

Shatwell, I. R.

Shcheslavskiy, V.

Shen, Y. R.

Y. R. Shen, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 6, 1375 (2000).
[CrossRef]

Siders, C. W.

A. Cavalleri, Cs. Toth, C. W. Siders, J. A. Squier, F. Raksi, P. Forget, and J. C. Kieffer, Phys. Rev. Lett. 87, 237401 (2001).
[CrossRef]

Singh, R. K.

M. Borek, F. Qian, V. Nagabushnam, and R. K. Singh, Appl. Phys. Lett. 63, 3288 (1993).
[CrossRef]

Sokolovskii, A. A.

F. A. Egorov, Y. S. Temirov, A. A. Sokolovskii, V. F. Dvoryankin, V. T. Potapov, and S. Romanova, Pis’ma Zh. Tekh. Fiz. 15, 8 (1989).

Squier, J. A.

A. Cavalleri, Cs. Toth, C. W. Siders, J. A. Squier, F. Raksi, P. Forget, and J. C. Kieffer, Phys. Rev. Lett. 87, 237401 (2001).
[CrossRef]

Svirko, Yu. P.

Temirov, Y. S.

F. A. Egorov, Y. S. Temirov, A. A. Sokolovskii, V. F. Dvoryankin, V. T. Potapov, and S. Romanova, Pis’ma Zh. Tekh. Fiz. 15, 8 (1989).

Toth, Cs.

A. Cavalleri, Cs. Toth, C. W. Siders, J. A. Squier, F. Raksi, P. Forget, and J. C. Kieffer, Phys. Rev. Lett. 87, 237401 (2001).
[CrossRef]

van Driel, H. M.

E. C. Fox and H. M. van Driel, IEEE J. Quantum Electron. 25, 1104 (1989).
[CrossRef]

Van Tendeloo, G.

Ch. Leroux, G. Nihoul, and G. Van Tendeloo, Phys. Rev. B 57, 5111 (1998).
[CrossRef]

Verleur, H. W.

H. W. Verleur, A. S. Barker, and C. N. Berglund, Phys. Rev. 172, 788 (1968).
[CrossRef]

A. S. Barker, H. W. Verleur, and H. J. Guggenheim, Phys. Rev. Lett. 17, 1286 (1966).
[CrossRef]

Walser, R. M.

M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, J. Appl. Phys. 79, 2404 (1996).
[CrossRef]

M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, Appl. Phys. Lett. 65, 1507 (1994).
[CrossRef]

Wu, Z. P.

Z. P. Wu, S. Yamamoto, A. Miyashita, Z. J. Zhang, K. Narumi, and H. Naramoto, J. Phys. Condens. Matter 10, 765 (1998).
[CrossRef]

Yakovlev, V. V.

Yamamoto, S.

Z. P. Wu, S. Yamamoto, A. Miyashita, Z. J. Zhang, K. Narumi, and H. Naramoto, J. Phys. Condens. Matter 10, 765 (1998).
[CrossRef]

Zhang, Z. J.

Z. P. Wu, S. Yamamoto, A. Miyashita, Z. J. Zhang, K. Narumi, and H. Naramoto, J. Phys. Condens. Matter 10, 765 (1998).
[CrossRef]

Zheludev, N. I.

Appl. Phys. Lett.

M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, Appl. Phys. Lett. 65, 1507 (1994).
[CrossRef]

M. Borek, F. Qian, V. Nagabushnam, and R. K. Singh, Appl. Phys. Lett. 63, 3288 (1993).
[CrossRef]

D. H. Kin and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 65, 3188 (1994).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron.

E. C. Fox and H. M. van Driel, IEEE J. Quantum Electron. 25, 1104 (1989).
[CrossRef]

IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.

Y. R. Shen, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 6, 1375 (2000).
[CrossRef]

J. Appl. Phys.

M. F. Becker, A. B. Buckman, R. M. Walser, T. Lepine, P. Georges, and A. Brun, J. Appl. Phys. 79, 2404 (1996).
[CrossRef]

J. Phys. Condens. Matter

Z. P. Wu, S. Yamamoto, A. Miyashita, Z. J. Zhang, K. Narumi, and H. Naramoto, J. Phys. Condens. Matter 10, 765 (1998).
[CrossRef]

Opt. Lett.

Phys. Rev.

H. W. Verleur, A. S. Barker, and C. N. Berglund, Phys. Rev. 172, 788 (1968).
[CrossRef]

Phys. Rev. B

Ch. Leroux, G. Nihoul, and G. Van Tendeloo, Phys. Rev. B 57, 5111 (1998).
[CrossRef]

W. K. Burns and N. Bloembergen, Phys. Rev. B 4, 3437 (1971).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett.

A. Cavalleri, Cs. Toth, C. W. Siders, J. A. Squier, F. Raksi, P. Forget, and J. C. Kieffer, Phys. Rev. Lett. 87, 237401 (2001).
[CrossRef]

F. Morin, Phys. Rev. Lett. 3, 34 (1959).
[CrossRef]

A. S. Barker, H. W. Verleur, and H. J. Guggenheim, Phys. Rev. Lett. 17, 1286 (1966).
[CrossRef]

Pis’ma Zh. Tekh. Fiz.

F. A. Egorov, Y. S. Temirov, A. A. Sokolovskii, V. F. Dvoryankin, V. T. Potapov, and S. Romanova, Pis’ma Zh. Tekh. Fiz. 15, 8 (1989).

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 (4)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic of the experimental setup. ND, neutral-density filter; BS1, beam splitter for 1250 nm; BS2, dichroic beam splitter (high reflector for λ<700 nm, high transmitter for λ>1000 nm); Ge PD, Ge photodiode for measuring reflectivity; TE, thermoelectric heater with temperature controller.

Fig. 2
Fig. 2

Dependence of the third-harmonic intensity on the incident signal. Filled squares, experimental points; dashed lines, exact cubic dependences to provide a guide to the eye.

Fig. 3
Fig. 3

Intensity of the third-harmonic signal as a function of the crystal temperature. Reducing the incident intensity minimizes any possible laser self-heating effects. Open circles, heating process; filled triangles, cooling process. The curves (solid, heating; dashed, cooling) are a guide to the eye. The relative reflectivity change is shown in the inset (open squares, solid curve; heating; filled squares; dashed curve, cooling).

Fig. 4
Fig. 4

Intensity of the third harmonic as a function of the incident intensity for unchopped (filled squares) and chopped (open circles) incident laser beams. The arrows indicate the position of the abrupt change of the third-harmonic efficiency (solid arrow, unchopped beam; dashed arrow, chopped beam).

Metrics