Abstract

Optical breakdown by femtosecond and nanosecond laser pulses in transparent dielectrics produces an ionized region of dense plasma confined within the bulk of the material. This ionized region is responsible for broadband radiation that accompanies the breakdown process. Spectroscopic measurements of the accompanying light have been used to show that, depending on the laser parameters, the spectra may originate from plasma-induced second-harmonic generation, supercontinuum generation, or thermal emission by the plasma. By monitoring the emission from the ionized region, one can ascertain the predominant breakdown mechanism and the morphology of the damage region.

© 2005 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. 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]
  2. O. M. Efimov, L. B. Glebov, K. A. Richardson, E. Van Stryland, T. Cardinal, S. H. Park, M. Couzi, and J. L. Brunéel, Opt. Mater. 17, 379 (2001).
    [CrossRef]
  3. D. Du, X. Liu, G. Korn, J. Squier, and G. Mourou, Appl. Phys. Lett. 64, 3071 (1994).
    [CrossRef]
  4. E. N. Glezer and E. Mazur, Appl. Phys. Lett. 71, 882 (1997).
    [CrossRef]
  5. C. W. Carr, H. B. Radousky, A. M. Rubenchik, M. D. Feit, and S. G. Demos, Phys. Rev. Lett. 92, 087401 (2004).
    [CrossRef]
  6. N. G. Basov, V. Y. Bychenkov, O. N. Krokhin, M. V. Osipov, A. A. Rupasov, V. P. Silin, G. V. Sklizkov, A. N. Starodub, V. T. Tikhonchuk, and A. S. Shikanov, Kvant. Elektron. (Moscow) 6, 1829 (1979).
  7. M. Fox, Optical Properties of Solids (Oxford U. Press, Oxford, England, 2001).
  8. R. Desalvo, A. A. Said, D. J. Hagan, E. W. Van Stryland, and M. Sheikbahae, IEEE J. Quantum Electron. 32, 1324 (1996).
    [CrossRef]
  9. I. N. Ogorodnikov, V. A. Pustovarov, B. V. Shul’gin, V. T. Kuanyshev, and M. K. Satybaldieva, Opt. Spektrosk. 91, 243 (2001).
    [CrossRef]
  10. W. L. Smith, J. H. Bechtel, and N. Bloembergen, Phys. Rev. B 12, 706 (1975).
    [CrossRef]
  11. W. T. White, W. L. Smith, and D. Milam, Opt. Lett. 9, 10 (1984).
    [CrossRef]
  12. A. V. Gorbunov and M. Maksimuk, Fiz. Tverd. Tela (Leningrad) 36, 1416 (1994).
  13. N. T. Nguyen, A. Saliminia, W. Liu, S. L. Chin, and R. Vallee, Opt. Lett. 28, 1591 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. M. D. Feit, A. M. Komashko, and A. M. Rubenchik, Appl. Phys. 79, 1657 (2004).
    [CrossRef]
  15. B. C. Stuart, M. D. Feit, S. Herman, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. B 53, 1749 (1996).
    [CrossRef]
  16. Y. P. Raizer, Gas Discharge Physics (Springer-Verlag, Berlin, 1991).
    [CrossRef]
  17. P. Sprangle, J. R. Penano, and B. Hafizi, Phys. Rev. E 66, 046418 (2002).
    [CrossRef]
  18. A. Brodeur and S. L. Chin, J. Opt. Soc. Am. A 16, 637 (1999).
    [CrossRef]
  19. R. R. Alfano, The Supercontinuum Laser Source (Springer-Verlag, Berlin, 1989).
    [CrossRef]

2004 (2)

C. W. Carr, H. B. Radousky, A. M. Rubenchik, M. D. Feit, and S. G. Demos, Phys. Rev. Lett. 92, 087401 (2004).
[CrossRef]

M. D. Feit, A. M. Komashko, and A. M. Rubenchik, Appl. Phys. 79, 1657 (2004).
[CrossRef]

2003 (1)

2002 (1)

P. Sprangle, J. R. Penano, and B. Hafizi, Phys. Rev. E 66, 046418 (2002).
[CrossRef]

2001 (2)

O. M. Efimov, L. B. Glebov, K. A. Richardson, E. Van Stryland, T. Cardinal, S. H. Park, M. Couzi, and J. L. Brunéel, Opt. Mater. 17, 379 (2001).
[CrossRef]

I. N. Ogorodnikov, V. A. Pustovarov, B. V. Shul’gin, V. T. Kuanyshev, and M. K. Satybaldieva, Opt. Spektrosk. 91, 243 (2001).
[CrossRef]

1999 (1)

A. Brodeur and S. L. Chin, J. Opt. Soc. Am. A 16, 637 (1999).
[CrossRef]

1997 (1)

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

1996 (3)

R. Desalvo, A. A. Said, D. J. Hagan, E. W. Van Stryland, and M. Sheikbahae, IEEE J. Quantum Electron. 32, 1324 (1996).
[CrossRef]

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]

B. C. Stuart, M. D. Feit, S. Herman, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. B 53, 1749 (1996).
[CrossRef]

1994 (2)

A. V. Gorbunov and M. Maksimuk, Fiz. Tverd. Tela (Leningrad) 36, 1416 (1994).

D. Du, X. Liu, G. Korn, J. Squier, and G. Mourou, Appl. Phys. Lett. 64, 3071 (1994).
[CrossRef]

1984 (1)

1979 (1)

N. G. Basov, V. Y. Bychenkov, O. N. Krokhin, M. V. Osipov, A. A. Rupasov, V. P. Silin, G. V. Sklizkov, A. N. Starodub, V. T. Tikhonchuk, and A. S. Shikanov, Kvant. Elektron. (Moscow) 6, 1829 (1979).

1975 (1)

W. L. Smith, J. H. Bechtel, and N. Bloembergen, Phys. Rev. B 12, 706 (1975).
[CrossRef]

Alfano, R. R.

R. R. Alfano, The Supercontinuum Laser Source (Springer-Verlag, Berlin, 1989).
[CrossRef]

Basov, N. G.

N. G. Basov, V. Y. Bychenkov, O. N. Krokhin, M. V. Osipov, A. A. Rupasov, V. P. Silin, G. V. Sklizkov, A. N. Starodub, V. T. Tikhonchuk, and A. S. Shikanov, Kvant. Elektron. (Moscow) 6, 1829 (1979).

Bechtel, J. H.

W. L. Smith, J. H. Bechtel, and N. Bloembergen, Phys. Rev. B 12, 706 (1975).
[CrossRef]

Bloembergen, N.

W. L. Smith, J. H. Bechtel, and N. Bloembergen, Phys. Rev. B 12, 706 (1975).
[CrossRef]

Brodeur, A.

A. Brodeur and S. L. Chin, J. Opt. Soc. Am. A 16, 637 (1999).
[CrossRef]

Brunéel, J. L.

O. M. Efimov, L. B. Glebov, K. A. Richardson, E. Van Stryland, T. Cardinal, S. H. Park, M. Couzi, and J. L. Brunéel, Opt. Mater. 17, 379 (2001).
[CrossRef]

Bychenkov, V. Y.

N. G. Basov, V. Y. Bychenkov, O. N. Krokhin, M. V. Osipov, A. A. Rupasov, V. P. Silin, G. V. Sklizkov, A. N. Starodub, V. T. Tikhonchuk, and A. S. Shikanov, Kvant. Elektron. (Moscow) 6, 1829 (1979).

Callan, J. P.

Cardinal, T.

O. M. Efimov, L. B. Glebov, K. A. Richardson, E. Van Stryland, T. Cardinal, S. H. Park, M. Couzi, and J. L. Brunéel, Opt. Mater. 17, 379 (2001).
[CrossRef]

Carr, C. W.

C. W. Carr, H. B. Radousky, A. M. Rubenchik, M. D. Feit, and S. G. Demos, Phys. Rev. Lett. 92, 087401 (2004).
[CrossRef]

Chin, S. L.

Couzi, M.

O. M. Efimov, L. B. Glebov, K. A. Richardson, E. Van Stryland, T. Cardinal, S. H. Park, M. Couzi, and J. L. Brunéel, Opt. Mater. 17, 379 (2001).
[CrossRef]

Demos, S. G.

C. W. Carr, H. B. Radousky, A. M. Rubenchik, M. D. Feit, and S. G. Demos, Phys. Rev. Lett. 92, 087401 (2004).
[CrossRef]

Desalvo, R.

R. Desalvo, A. A. Said, D. J. Hagan, E. W. Van Stryland, and M. Sheikbahae, IEEE J. Quantum Electron. 32, 1324 (1996).
[CrossRef]

Du, D.

D. Du, X. Liu, G. Korn, J. Squier, and G. Mourou, Appl. Phys. Lett. 64, 3071 (1994).
[CrossRef]

Efimov, O. M.

O. M. Efimov, L. B. Glebov, K. A. Richardson, E. Van Stryland, T. Cardinal, S. H. Park, M. Couzi, and J. L. Brunéel, Opt. Mater. 17, 379 (2001).
[CrossRef]

Feit, M. D.

C. W. Carr, H. B. Radousky, A. M. Rubenchik, M. D. Feit, and S. G. Demos, Phys. Rev. Lett. 92, 087401 (2004).
[CrossRef]

M. D. Feit, A. M. Komashko, and A. M. Rubenchik, Appl. Phys. 79, 1657 (2004).
[CrossRef]

B. C. Stuart, M. D. Feit, S. Herman, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. B 53, 1749 (1996).
[CrossRef]

Finlay, R. J.

Fox, M.

M. Fox, Optical Properties of Solids (Oxford U. Press, Oxford, England, 2001).

Glebov, L. B.

O. M. Efimov, L. B. Glebov, K. A. Richardson, E. Van Stryland, T. Cardinal, S. H. Park, M. Couzi, and J. L. Brunéel, Opt. Mater. 17, 379 (2001).
[CrossRef]

Glezer, E. N.

Gorbunov, A. V.

A. V. Gorbunov and M. Maksimuk, Fiz. Tverd. Tela (Leningrad) 36, 1416 (1994).

Hafizi, B.

P. Sprangle, J. R. Penano, and B. Hafizi, Phys. Rev. E 66, 046418 (2002).
[CrossRef]

Hagan, D. J.

R. Desalvo, A. A. Said, D. J. Hagan, E. W. Van Stryland, and M. Sheikbahae, IEEE J. Quantum Electron. 32, 1324 (1996).
[CrossRef]

Her, T. H.

Herman, S.

B. C. Stuart, M. D. Feit, S. Herman, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. B 53, 1749 (1996).
[CrossRef]

Huang, L.

Komashko, A. M.

M. D. Feit, A. M. Komashko, and A. M. Rubenchik, Appl. Phys. 79, 1657 (2004).
[CrossRef]

Korn, G.

D. Du, X. Liu, G. Korn, J. Squier, and G. Mourou, Appl. Phys. Lett. 64, 3071 (1994).
[CrossRef]

Krokhin, O. N.

N. G. Basov, V. Y. Bychenkov, O. N. Krokhin, M. V. Osipov, A. A. Rupasov, V. P. Silin, G. V. Sklizkov, A. N. Starodub, V. T. Tikhonchuk, and A. S. Shikanov, Kvant. Elektron. (Moscow) 6, 1829 (1979).

Kuanyshev, V. T.

I. N. Ogorodnikov, V. A. Pustovarov, B. V. Shul’gin, V. T. Kuanyshev, and M. K. Satybaldieva, Opt. Spektrosk. 91, 243 (2001).
[CrossRef]

Liu, W.

Liu, X.

D. Du, X. Liu, G. Korn, J. Squier, and G. Mourou, Appl. Phys. Lett. 64, 3071 (1994).
[CrossRef]

Maksimuk, M.

A. V. Gorbunov and M. Maksimuk, Fiz. Tverd. Tela (Leningrad) 36, 1416 (1994).

Mazur, E.

Milam, D.

Milosavljevic, M.

Mourou, G.

D. Du, X. Liu, G. Korn, J. Squier, and G. Mourou, Appl. Phys. Lett. 64, 3071 (1994).
[CrossRef]

Nguyen, N. T.

Ogorodnikov, I. N.

I. N. Ogorodnikov, V. A. Pustovarov, B. V. Shul’gin, V. T. Kuanyshev, and M. K. Satybaldieva, Opt. Spektrosk. 91, 243 (2001).
[CrossRef]

Osipov, M. V.

N. G. Basov, V. Y. Bychenkov, O. N. Krokhin, M. V. Osipov, A. A. Rupasov, V. P. Silin, G. V. Sklizkov, A. N. Starodub, V. T. Tikhonchuk, and A. S. Shikanov, Kvant. Elektron. (Moscow) 6, 1829 (1979).

Park, S. H.

O. M. Efimov, L. B. Glebov, K. A. Richardson, E. Van Stryland, T. Cardinal, S. H. Park, M. Couzi, and J. L. Brunéel, Opt. Mater. 17, 379 (2001).
[CrossRef]

Penano, J. R.

P. Sprangle, J. R. Penano, and B. Hafizi, Phys. Rev. E 66, 046418 (2002).
[CrossRef]

Perry, M. D.

B. C. Stuart, M. D. Feit, S. Herman, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. B 53, 1749 (1996).
[CrossRef]

Pustovarov, V. A.

I. N. Ogorodnikov, V. A. Pustovarov, B. V. Shul’gin, V. T. Kuanyshev, and M. K. Satybaldieva, Opt. Spektrosk. 91, 243 (2001).
[CrossRef]

Radousky, H. B.

C. W. Carr, H. B. Radousky, A. M. Rubenchik, M. D. Feit, and S. G. Demos, Phys. Rev. Lett. 92, 087401 (2004).
[CrossRef]

Raizer, Y. P.

Y. P. Raizer, Gas Discharge Physics (Springer-Verlag, Berlin, 1991).
[CrossRef]

Richardson, K. A.

O. M. Efimov, L. B. Glebov, K. A. Richardson, E. Van Stryland, T. Cardinal, S. H. Park, M. Couzi, and J. L. Brunéel, Opt. Mater. 17, 379 (2001).
[CrossRef]

Rubenchik, A. M.

C. W. Carr, H. B. Radousky, A. M. Rubenchik, M. D. Feit, and S. G. Demos, Phys. Rev. Lett. 92, 087401 (2004).
[CrossRef]

M. D. Feit, A. M. Komashko, and A. M. Rubenchik, Appl. Phys. 79, 1657 (2004).
[CrossRef]

B. C. Stuart, M. D. Feit, S. Herman, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. B 53, 1749 (1996).
[CrossRef]

Rupasov, A. A.

N. G. Basov, V. Y. Bychenkov, O. N. Krokhin, M. V. Osipov, A. A. Rupasov, V. P. Silin, G. V. Sklizkov, A. N. Starodub, V. T. Tikhonchuk, and A. S. Shikanov, Kvant. Elektron. (Moscow) 6, 1829 (1979).

Said, A. A.

R. Desalvo, A. A. Said, D. J. Hagan, E. W. Van Stryland, and M. Sheikbahae, IEEE J. Quantum Electron. 32, 1324 (1996).
[CrossRef]

Saliminia, A.

Satybaldieva, M. K.

I. N. Ogorodnikov, V. A. Pustovarov, B. V. Shul’gin, V. T. Kuanyshev, and M. K. Satybaldieva, Opt. Spektrosk. 91, 243 (2001).
[CrossRef]

Sheikbahae, M.

R. Desalvo, A. A. Said, D. J. Hagan, E. W. Van Stryland, and M. Sheikbahae, IEEE J. Quantum Electron. 32, 1324 (1996).
[CrossRef]

Shikanov, A. S.

N. G. Basov, V. Y. Bychenkov, O. N. Krokhin, M. V. Osipov, A. A. Rupasov, V. P. Silin, G. V. Sklizkov, A. N. Starodub, V. T. Tikhonchuk, and A. S. Shikanov, Kvant. Elektron. (Moscow) 6, 1829 (1979).

Shore, B. W.

B. C. Stuart, M. D. Feit, S. Herman, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. B 53, 1749 (1996).
[CrossRef]

Shul’gin, B. V.

I. N. Ogorodnikov, V. A. Pustovarov, B. V. Shul’gin, V. T. Kuanyshev, and M. K. Satybaldieva, Opt. Spektrosk. 91, 243 (2001).
[CrossRef]

Silin, V. P.

N. G. Basov, V. Y. Bychenkov, O. N. Krokhin, M. V. Osipov, A. A. Rupasov, V. P. Silin, G. V. Sklizkov, A. N. Starodub, V. T. Tikhonchuk, and A. S. Shikanov, Kvant. Elektron. (Moscow) 6, 1829 (1979).

Sklizkov, G. V.

N. G. Basov, V. Y. Bychenkov, O. N. Krokhin, M. V. Osipov, A. A. Rupasov, V. P. Silin, G. V. Sklizkov, A. N. Starodub, V. T. Tikhonchuk, and A. S. Shikanov, Kvant. Elektron. (Moscow) 6, 1829 (1979).

Smith, W. L.

W. T. White, W. L. Smith, and D. Milam, Opt. Lett. 9, 10 (1984).
[CrossRef]

W. L. Smith, J. H. Bechtel, and N. Bloembergen, Phys. Rev. B 12, 706 (1975).
[CrossRef]

Sprangle, P.

P. Sprangle, J. R. Penano, and B. Hafizi, Phys. Rev. E 66, 046418 (2002).
[CrossRef]

Squier, J.

D. Du, X. Liu, G. Korn, J. Squier, and G. Mourou, Appl. Phys. Lett. 64, 3071 (1994).
[CrossRef]

Starodub, A. N.

N. G. Basov, V. Y. Bychenkov, O. N. Krokhin, M. V. Osipov, A. A. Rupasov, V. P. Silin, G. V. Sklizkov, A. N. Starodub, V. T. Tikhonchuk, and A. S. Shikanov, Kvant. Elektron. (Moscow) 6, 1829 (1979).

Stuart, B. C.

B. C. Stuart, M. D. Feit, S. Herman, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. B 53, 1749 (1996).
[CrossRef]

Tikhonchuk, V. T.

N. G. Basov, V. Y. Bychenkov, O. N. Krokhin, M. V. Osipov, A. A. Rupasov, V. P. Silin, G. V. Sklizkov, A. N. Starodub, V. T. Tikhonchuk, and A. S. Shikanov, Kvant. Elektron. (Moscow) 6, 1829 (1979).

Vallee, R.

Van Stryland, E.

O. M. Efimov, L. B. Glebov, K. A. Richardson, E. Van Stryland, T. Cardinal, S. H. Park, M. Couzi, and J. L. Brunéel, Opt. Mater. 17, 379 (2001).
[CrossRef]

Van Stryland, E. W.

R. Desalvo, A. A. Said, D. J. Hagan, E. W. Van Stryland, and M. Sheikbahae, IEEE J. Quantum Electron. 32, 1324 (1996).
[CrossRef]

White, W. T.

Appl. Phys. (1)

M. D. Feit, A. M. Komashko, and A. M. Rubenchik, Appl. Phys. 79, 1657 (2004).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (2)

D. Du, X. Liu, G. Korn, J. Squier, and G. Mourou, Appl. Phys. Lett. 64, 3071 (1994).
[CrossRef]

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

Fiz. Tverd. Tela (Leningrad) (1)

A. V. Gorbunov and M. Maksimuk, Fiz. Tverd. Tela (Leningrad) 36, 1416 (1994).

IEEE J. Quantum Electron. (1)

R. Desalvo, A. A. Said, D. J. Hagan, E. W. Van Stryland, and M. Sheikbahae, IEEE J. Quantum Electron. 32, 1324 (1996).
[CrossRef]

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

A. Brodeur and S. L. Chin, J. Opt. Soc. Am. A 16, 637 (1999).
[CrossRef]

Kvant. Elektron. (Moscow) (1)

N. G. Basov, V. Y. Bychenkov, O. N. Krokhin, M. V. Osipov, A. A. Rupasov, V. P. Silin, G. V. Sklizkov, A. N. Starodub, V. T. Tikhonchuk, and A. S. Shikanov, Kvant. Elektron. (Moscow) 6, 1829 (1979).

Opt. Lett. (3)

Opt. Mater. (1)

O. M. Efimov, L. B. Glebov, K. A. Richardson, E. Van Stryland, T. Cardinal, S. H. Park, M. Couzi, and J. L. Brunéel, Opt. Mater. 17, 379 (2001).
[CrossRef]

Opt. Spektrosk. (1)

I. N. Ogorodnikov, V. A. Pustovarov, B. V. Shul’gin, V. T. Kuanyshev, and M. K. Satybaldieva, Opt. Spektrosk. 91, 243 (2001).
[CrossRef]

Phys. Rev. B (2)

W. L. Smith, J. H. Bechtel, and N. Bloembergen, Phys. Rev. B 12, 706 (1975).
[CrossRef]

B. C. Stuart, M. D. Feit, S. Herman, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, Phys. Rev. B 53, 1749 (1996).
[CrossRef]

Phys. Rev. E (1)

P. Sprangle, J. R. Penano, and B. Hafizi, Phys. Rev. E 66, 046418 (2002).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (1)

C. W. Carr, H. B. Radousky, A. M. Rubenchik, M. D. Feit, and S. G. Demos, Phys. Rev. Lett. 92, 087401 (2004).
[CrossRef]

Other (3)

M. Fox, Optical Properties of Solids (Oxford U. Press, Oxford, England, 2001).

Y. P. Raizer, Gas Discharge Physics (Springer-Verlag, Berlin, 1991).
[CrossRef]

R. R. Alfano, The Supercontinuum Laser Source (Springer-Verlag, Berlin, 1989).
[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 (2)

Fig. 1
Fig. 1

Emission produced in Si O 2 , DKDP, and LiF when an 820 - nm 150 - fs pulse is used. The vertical line denotes 410 nm ( 2 ω ) . For comparison, spectra obtained in Si O 2 with a 5 - ns 1064 - nm laser are shown in the inset. The filled shapes are emission spectra. The thin curves through the points are the fits to the Planckian distribution, indicating temperatures of 1 and 0.7 eV for delays of 2 and 8 ns , respectively.

Fig. 2
Fig. 2

Emission from Al 2 O 3 observed 70% and 30% of the time, respectively. The points in the inset depict the difference between the two, and the solid curve is a Gaussian fit. The fit is centered at 410.5 nm and has a width (FWHM) of 59.9 nm . The vertical line indicates 410 nm (twice the frequency of the laser line).

Tables (1)

Tables Icon

Table 1 Select Physical Properties of the Samples Used in These Experiments

Metrics