Abstract

Electro-optic probing of electric fields has been considered as a promising approach for integrated circuit diagnosis. However, the method is subject to relatively weak voltage sensitivity. In this Letter, we solve the problems with electro-acoustic effect. In contrast to the general electro-optic effect, the light phase modulation induced by the acoustic effect is 2 orders of magnitude stronger at its resonant frequency, as we observed in a GaAs thin film probe. Furthermore, this what we believe to be a novel method shows a highly reproducible linearity between the detected signals and the input voltages, which facilitates the voltage calibration.

© 2010 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. Shinagawa and T. Nagatsuma, IEEE Trans. Instrum. Meas. 41, 375 (1992).
    [CrossRef]
  2. J. Shan, A. S. Weling, E. Knoesel, L. Bartels, M. Bonn, A. Nahata, G. A. Reider, and T. F. Heinz, Opt. Lett. 25, 426 (2000).
    [CrossRef]
  3. T. Nagatsuma, T. Shibata, E. Sano, and A. Iwata, J. Appl. Phys. 66, 4001 (1989).
    [CrossRef]
  4. H. Cao, T. F. Heinz, and A. Nahata, Opt. Lett. 27, 775 (2002).
    [CrossRef]
  5. O. Mitrofanov, A. Gasparyan, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Appl. Phys. Lett. 86, 202103 (2005).
    [CrossRef]
  6. Z. H. Zhu, C. L. Pan, Y. H. Lo, M. C. Wu, S. Wang, B. H. Kolner, and S. Y. Wang, Appl. Phys. Lett. 50, 1228 (1987).
    [CrossRef]
  7. G. L. Eesley, J. Appl. Phys. 82, 6078 (1997).
    [CrossRef]
  8. S. Seitz, M. Bieler, G. Hein, K. Pierz, and U. Siegner, J. Appl. Phys. 100, 113124 (2006).
    [CrossRef]
  9. Z. H. Zhu, M. C. Wu, Y. H. Lo, C. L. Pan, S. Y. Wang, and S. Wang, J. Appl. Phys. 64, 419 (1988).
    [CrossRef]
  10. G. Berden, S. P. Jamison, A. M. Macleod, W. A. Gillespie, B. Redlich, and A. F. G. van der Meer, Phys. Rev. Lett. 93, 114802 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. A. C. Liu, M. J. F. Digonnet, and G. S. Kino, J. Opt. Soc. Am. B 18, 187 (2001).
    [CrossRef]
  12. W. Shi, Y. J. Ding, X. Mu, X. Yin, and C. Fang, Appl. Phys. Lett. 79, 3749 (2001).
    [CrossRef]
  13. H. J. Winkelhahn, H. H. Winter, and D. Neher, Appl. Phys. Lett. 64, 1347 (1994).
    [CrossRef]
  14. H. B. Zhang, R. Wang, K. X. Chen, H. Yang, D. M. Zhang, and M. B. Yi, Opt. Laser Technol. 34, 283 (2002).
    [CrossRef]
  15. H. F. Liu, M. B. Yi, H. B. Zhang, A. L. Hou, X. H. Chuai, and D. M. Zhang, Opt. Laser Technol. 37, 410 (2005).
    [CrossRef]
  16. M. Abarkan, J. P. Salvestrini, M. Aillerie, and M. D. Fontana, Appl. Opt. 42, 2346 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  17. The quadratic dependence of the signal intensity on the field strength and the doubled frequency have been observed in a hybrid sol-gel film of the dispersed red one in silica, on which a deep study will be conducted.

2006 (1)

S. Seitz, M. Bieler, G. Hein, K. Pierz, and U. Siegner, J. Appl. Phys. 100, 113124 (2006).
[CrossRef]

2005 (2)

O. Mitrofanov, A. Gasparyan, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Appl. Phys. Lett. 86, 202103 (2005).
[CrossRef]

H. F. Liu, M. B. Yi, H. B. Zhang, A. L. Hou, X. H. Chuai, and D. M. Zhang, Opt. Laser Technol. 37, 410 (2005).
[CrossRef]

2004 (1)

G. Berden, S. P. Jamison, A. M. Macleod, W. A. Gillespie, B. Redlich, and A. F. G. van der Meer, Phys. Rev. Lett. 93, 114802 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

2003 (1)

2002 (2)

H. B. Zhang, R. Wang, K. X. Chen, H. Yang, D. M. Zhang, and M. B. Yi, Opt. Laser Technol. 34, 283 (2002).
[CrossRef]

H. Cao, T. F. Heinz, and A. Nahata, Opt. Lett. 27, 775 (2002).
[CrossRef]

2001 (2)

A. C. Liu, M. J. F. Digonnet, and G. S. Kino, J. Opt. Soc. Am. B 18, 187 (2001).
[CrossRef]

W. Shi, Y. J. Ding, X. Mu, X. Yin, and C. Fang, Appl. Phys. Lett. 79, 3749 (2001).
[CrossRef]

2000 (1)

1997 (1)

G. L. Eesley, J. Appl. Phys. 82, 6078 (1997).
[CrossRef]

1994 (1)

H. J. Winkelhahn, H. H. Winter, and D. Neher, Appl. Phys. Lett. 64, 1347 (1994).
[CrossRef]

1992 (1)

M. Shinagawa and T. Nagatsuma, IEEE Trans. Instrum. Meas. 41, 375 (1992).
[CrossRef]

1989 (1)

T. Nagatsuma, T. Shibata, E. Sano, and A. Iwata, J. Appl. Phys. 66, 4001 (1989).
[CrossRef]

1988 (1)

Z. H. Zhu, M. C. Wu, Y. H. Lo, C. L. Pan, S. Y. Wang, and S. Wang, J. Appl. Phys. 64, 419 (1988).
[CrossRef]

1987 (1)

Z. H. Zhu, C. L. Pan, Y. H. Lo, M. C. Wu, S. Wang, B. H. Kolner, and S. Y. Wang, Appl. Phys. Lett. 50, 1228 (1987).
[CrossRef]

Abarkan, M.

Aillerie, M.

Bartels, L.

Berden, G.

G. Berden, S. P. Jamison, A. M. Macleod, W. A. Gillespie, B. Redlich, and A. F. G. van der Meer, Phys. Rev. Lett. 93, 114802 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Bieler, M.

S. Seitz, M. Bieler, G. Hein, K. Pierz, and U. Siegner, J. Appl. Phys. 100, 113124 (2006).
[CrossRef]

Bonn, M.

Cao, H.

Chen, K. X.

H. B. Zhang, R. Wang, K. X. Chen, H. Yang, D. M. Zhang, and M. B. Yi, Opt. Laser Technol. 34, 283 (2002).
[CrossRef]

Chuai, X. H.

H. F. Liu, M. B. Yi, H. B. Zhang, A. L. Hou, X. H. Chuai, and D. M. Zhang, Opt. Laser Technol. 37, 410 (2005).
[CrossRef]

Digonnet, M. J. F.

Ding, Y. J.

W. Shi, Y. J. Ding, X. Mu, X. Yin, and C. Fang, Appl. Phys. Lett. 79, 3749 (2001).
[CrossRef]

Eesley, G. L.

G. L. Eesley, J. Appl. Phys. 82, 6078 (1997).
[CrossRef]

Fang, C.

W. Shi, Y. J. Ding, X. Mu, X. Yin, and C. Fang, Appl. Phys. Lett. 79, 3749 (2001).
[CrossRef]

Fontana, M. D.

Gasparyan, A.

O. Mitrofanov, A. Gasparyan, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Appl. Phys. Lett. 86, 202103 (2005).
[CrossRef]

Gillespie, W. A.

G. Berden, S. P. Jamison, A. M. Macleod, W. A. Gillespie, B. Redlich, and A. F. G. van der Meer, Phys. Rev. Lett. 93, 114802 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Hein, G.

S. Seitz, M. Bieler, G. Hein, K. Pierz, and U. Siegner, J. Appl. Phys. 100, 113124 (2006).
[CrossRef]

Heinz, T. F.

Hou, A. L.

H. F. Liu, M. B. Yi, H. B. Zhang, A. L. Hou, X. H. Chuai, and D. M. Zhang, Opt. Laser Technol. 37, 410 (2005).
[CrossRef]

Iwata, A.

T. Nagatsuma, T. Shibata, E. Sano, and A. Iwata, J. Appl. Phys. 66, 4001 (1989).
[CrossRef]

Jamison, S. P.

G. Berden, S. P. Jamison, A. M. Macleod, W. A. Gillespie, B. Redlich, and A. F. G. van der Meer, Phys. Rev. Lett. 93, 114802 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Kino, G. S.

Knoesel, E.

Kolner, B. H.

Z. H. Zhu, C. L. Pan, Y. H. Lo, M. C. Wu, S. Wang, B. H. Kolner, and S. Y. Wang, Appl. Phys. Lett. 50, 1228 (1987).
[CrossRef]

Liu, A. C.

Liu, H. F.

H. F. Liu, M. B. Yi, H. B. Zhang, A. L. Hou, X. H. Chuai, and D. M. Zhang, Opt. Laser Technol. 37, 410 (2005).
[CrossRef]

Lo, Y. H.

Z. H. Zhu, M. C. Wu, Y. H. Lo, C. L. Pan, S. Y. Wang, and S. Wang, J. Appl. Phys. 64, 419 (1988).
[CrossRef]

Z. H. Zhu, C. L. Pan, Y. H. Lo, M. C. Wu, S. Wang, B. H. Kolner, and S. Y. Wang, Appl. Phys. Lett. 50, 1228 (1987).
[CrossRef]

Macleod, A. M.

G. Berden, S. P. Jamison, A. M. Macleod, W. A. Gillespie, B. Redlich, and A. F. G. van der Meer, Phys. Rev. Lett. 93, 114802 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Mitrofanov, O.

O. Mitrofanov, A. Gasparyan, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Appl. Phys. Lett. 86, 202103 (2005).
[CrossRef]

Mu, X.

W. Shi, Y. J. Ding, X. Mu, X. Yin, and C. Fang, Appl. Phys. Lett. 79, 3749 (2001).
[CrossRef]

Nagatsuma, T.

M. Shinagawa and T. Nagatsuma, IEEE Trans. Instrum. Meas. 41, 375 (1992).
[CrossRef]

T. Nagatsuma, T. Shibata, E. Sano, and A. Iwata, J. Appl. Phys. 66, 4001 (1989).
[CrossRef]

Nahata, A.

Neher, D.

H. J. Winkelhahn, H. H. Winter, and D. Neher, Appl. Phys. Lett. 64, 1347 (1994).
[CrossRef]

Pan, C. L.

Z. H. Zhu, M. C. Wu, Y. H. Lo, C. L. Pan, S. Y. Wang, and S. Wang, J. Appl. Phys. 64, 419 (1988).
[CrossRef]

Z. H. Zhu, C. L. Pan, Y. H. Lo, M. C. Wu, S. Wang, B. H. Kolner, and S. Y. Wang, Appl. Phys. Lett. 50, 1228 (1987).
[CrossRef]

Pfeiffer, L. N.

O. Mitrofanov, A. Gasparyan, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Appl. Phys. Lett. 86, 202103 (2005).
[CrossRef]

Pierz, K.

S. Seitz, M. Bieler, G. Hein, K. Pierz, and U. Siegner, J. Appl. Phys. 100, 113124 (2006).
[CrossRef]

Redlich, B.

G. Berden, S. P. Jamison, A. M. Macleod, W. A. Gillespie, B. Redlich, and A. F. G. van der Meer, Phys. Rev. Lett. 93, 114802 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Reider, G. A.

Salvestrini, J. P.

Sano, E.

T. Nagatsuma, T. Shibata, E. Sano, and A. Iwata, J. Appl. Phys. 66, 4001 (1989).
[CrossRef]

Seitz, S.

S. Seitz, M. Bieler, G. Hein, K. Pierz, and U. Siegner, J. Appl. Phys. 100, 113124 (2006).
[CrossRef]

Shan, J.

Shi, W.

W. Shi, Y. J. Ding, X. Mu, X. Yin, and C. Fang, Appl. Phys. Lett. 79, 3749 (2001).
[CrossRef]

Shibata, T.

T. Nagatsuma, T. Shibata, E. Sano, and A. Iwata, J. Appl. Phys. 66, 4001 (1989).
[CrossRef]

Shinagawa, M.

M. Shinagawa and T. Nagatsuma, IEEE Trans. Instrum. Meas. 41, 375 (1992).
[CrossRef]

Siegner, U.

S. Seitz, M. Bieler, G. Hein, K. Pierz, and U. Siegner, J. Appl. Phys. 100, 113124 (2006).
[CrossRef]

van der Meer, A. F. G.

G. Berden, S. P. Jamison, A. M. Macleod, W. A. Gillespie, B. Redlich, and A. F. G. van der Meer, Phys. Rev. Lett. 93, 114802 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Wang, R.

H. B. Zhang, R. Wang, K. X. Chen, H. Yang, D. M. Zhang, and M. B. Yi, Opt. Laser Technol. 34, 283 (2002).
[CrossRef]

Wang, S.

Z. H. Zhu, M. C. Wu, Y. H. Lo, C. L. Pan, S. Y. Wang, and S. Wang, J. Appl. Phys. 64, 419 (1988).
[CrossRef]

Z. H. Zhu, C. L. Pan, Y. H. Lo, M. C. Wu, S. Wang, B. H. Kolner, and S. Y. Wang, Appl. Phys. Lett. 50, 1228 (1987).
[CrossRef]

Wang, S. Y.

Z. H. Zhu, M. C. Wu, Y. H. Lo, C. L. Pan, S. Y. Wang, and S. Wang, J. Appl. Phys. 64, 419 (1988).
[CrossRef]

Z. H. Zhu, C. L. Pan, Y. H. Lo, M. C. Wu, S. Wang, B. H. Kolner, and S. Y. Wang, Appl. Phys. Lett. 50, 1228 (1987).
[CrossRef]

Weling, A. S.

West, K. W.

O. Mitrofanov, A. Gasparyan, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Appl. Phys. Lett. 86, 202103 (2005).
[CrossRef]

Winkelhahn, H. J.

H. J. Winkelhahn, H. H. Winter, and D. Neher, Appl. Phys. Lett. 64, 1347 (1994).
[CrossRef]

Winter, H. H.

H. J. Winkelhahn, H. H. Winter, and D. Neher, Appl. Phys. Lett. 64, 1347 (1994).
[CrossRef]

Wu, M. C.

Z. H. Zhu, M. C. Wu, Y. H. Lo, C. L. Pan, S. Y. Wang, and S. Wang, J. Appl. Phys. 64, 419 (1988).
[CrossRef]

Z. H. Zhu, C. L. Pan, Y. H. Lo, M. C. Wu, S. Wang, B. H. Kolner, and S. Y. Wang, Appl. Phys. Lett. 50, 1228 (1987).
[CrossRef]

Yang, H.

H. B. Zhang, R. Wang, K. X. Chen, H. Yang, D. M. Zhang, and M. B. Yi, Opt. Laser Technol. 34, 283 (2002).
[CrossRef]

Yi, M. B.

H. F. Liu, M. B. Yi, H. B. Zhang, A. L. Hou, X. H. Chuai, and D. M. Zhang, Opt. Laser Technol. 37, 410 (2005).
[CrossRef]

H. B. Zhang, R. Wang, K. X. Chen, H. Yang, D. M. Zhang, and M. B. Yi, Opt. Laser Technol. 34, 283 (2002).
[CrossRef]

Yin, X.

W. Shi, Y. J. Ding, X. Mu, X. Yin, and C. Fang, Appl. Phys. Lett. 79, 3749 (2001).
[CrossRef]

Zhang, D. M.

H. F. Liu, M. B. Yi, H. B. Zhang, A. L. Hou, X. H. Chuai, and D. M. Zhang, Opt. Laser Technol. 37, 410 (2005).
[CrossRef]

H. B. Zhang, R. Wang, K. X. Chen, H. Yang, D. M. Zhang, and M. B. Yi, Opt. Laser Technol. 34, 283 (2002).
[CrossRef]

Zhang, H. B.

H. F. Liu, M. B. Yi, H. B. Zhang, A. L. Hou, X. H. Chuai, and D. M. Zhang, Opt. Laser Technol. 37, 410 (2005).
[CrossRef]

H. B. Zhang, R. Wang, K. X. Chen, H. Yang, D. M. Zhang, and M. B. Yi, Opt. Laser Technol. 34, 283 (2002).
[CrossRef]

Zhu, Z. H.

Z. H. Zhu, M. C. Wu, Y. H. Lo, C. L. Pan, S. Y. Wang, and S. Wang, J. Appl. Phys. 64, 419 (1988).
[CrossRef]

Z. H. Zhu, C. L. Pan, Y. H. Lo, M. C. Wu, S. Wang, B. H. Kolner, and S. Y. Wang, Appl. Phys. Lett. 50, 1228 (1987).
[CrossRef]

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. Lett. (4)

W. Shi, Y. J. Ding, X. Mu, X. Yin, and C. Fang, Appl. Phys. Lett. 79, 3749 (2001).
[CrossRef]

H. J. Winkelhahn, H. H. Winter, and D. Neher, Appl. Phys. Lett. 64, 1347 (1994).
[CrossRef]

O. Mitrofanov, A. Gasparyan, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Appl. Phys. Lett. 86, 202103 (2005).
[CrossRef]

Z. H. Zhu, C. L. Pan, Y. H. Lo, M. C. Wu, S. Wang, B. H. Kolner, and S. Y. Wang, Appl. Phys. Lett. 50, 1228 (1987).
[CrossRef]

IEEE Trans. Instrum. Meas. (1)

M. Shinagawa and T. Nagatsuma, IEEE Trans. Instrum. Meas. 41, 375 (1992).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (4)

T. Nagatsuma, T. Shibata, E. Sano, and A. Iwata, J. Appl. Phys. 66, 4001 (1989).
[CrossRef]

G. L. Eesley, J. Appl. Phys. 82, 6078 (1997).
[CrossRef]

S. Seitz, M. Bieler, G. Hein, K. Pierz, and U. Siegner, J. Appl. Phys. 100, 113124 (2006).
[CrossRef]

Z. H. Zhu, M. C. Wu, Y. H. Lo, C. L. Pan, S. Y. Wang, and S. Wang, J. Appl. Phys. 64, 419 (1988).
[CrossRef]

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

Opt. Laser Technol. (2)

H. B. Zhang, R. Wang, K. X. Chen, H. Yang, D. M. Zhang, and M. B. Yi, Opt. Laser Technol. 34, 283 (2002).
[CrossRef]

H. F. Liu, M. B. Yi, H. B. Zhang, A. L. Hou, X. H. Chuai, and D. M. Zhang, Opt. Laser Technol. 37, 410 (2005).
[CrossRef]

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. Lett. (1)

G. Berden, S. P. Jamison, A. M. Macleod, W. A. Gillespie, B. Redlich, and A. F. G. van der Meer, Phys. Rev. Lett. 93, 114802 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Other (1)

The quadratic dependence of the signal intensity on the field strength and the doubled frequency have been observed in a hybrid sol-gel film of the dispersed red one in silica, on which a deep study will be conducted.

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 diagram of the setup for the local electric field detection, where PBS denotes polarization beam splitter. The λ / 4 wave plate is 45° oriented with respect to the plane of polarization of the incident probing beam.

Fig. 2
Fig. 2

Response of the GaAs film probe to the excitation by an external electric field at low frequency. The inset is an illustration of the probe with the thin GaAs layer fixed to the base on the upper end, while the lower part is freely movable. The oscillation of the GaAs layer is therefore considered equivalent to a simple spring system loaded with its deadweight.

Fig. 3
Fig. 3

Resonant frequency of the GaAs thin film versus loading weights of 0.07, 0.28, 0.46, 0.73, and 1.16 g. (a) Responsive spectra and (b) loading-weight-dependent resonant peak wavelengths. Oscillation of the film is similar to the case of Fig. 2 but with an increased loading (the weight of the silica base and metal rings).

Fig. 4
Fig. 4

Detection of the electric field above a circuit by a GaAs probe. Waveforms measured at (a) high-frequency (50 kHz) and (b) low-frequency (0.5 kHz) fields. (c) Relation between the signals collected and the voltages applied to the circuit. The inset is a typical oscilloscope screen.

Metrics