Abstract

We present the formation of periodic ripples in ZnO crystal irradiated by a wavelength-tunable femtosecond laser. The results indicate that in the surface thin layer, the periods change from 0.1λ to λ with laser fluences and pulse numbers, and in the subsurface layer the periods are always λ2n, where n is the refractive index. The formation processes and mechanisms are also discussed.

© 2010 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  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]
  2. K. Sokolowski-Tinten and D. von der Linde, Phys. Rev. B 61, 2643 (2000).
    [CrossRef]
  3. S. Kanehira, J. Si, J. Qiu, K. Fujita, and K. Hirao, Nano Lett. 5, 1591 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. Y. Shimotsuma, P. G. Kazansky, J. R. Qiu, and K. Hirao, Phys. Rev. Lett. 91, 247405 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. M. Shimizu, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, T. Yuasa, H. Homma, Y. Minowa, K. Tanaka, K. Miura, and K. Hirao, Opt. Express 17, 46 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. T. Kondo, S. Juodkazis, V. Mizeikis, H. Misawa, and S. Matsuo, Opt. Express 14, 7943 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. L. Qi, K. Nishii, and Y. Namba, Opt. Lett. 34, 1846 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. X. Jia, T. Q. Jia, L. E. Ding, P. X. Xiong, L. Deng, Z. R. Sun, Z. G. Wang, J. R. Qiu, and Z. Z. Xu, Opt. Lett. 34, 788 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. V. R. Bhardwaj, E. Simova, P. P. Rajeev, C. Hnatovsky, R. S. Taylor, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, Phys. Rev. Lett. 96, 057404 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. M. Shen, J. E. Carey, C. H. Crouch, M. Kandyla, H. A. Stone, and E. Mazur, Nano Lett. 8, 2087 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. D. Dufft, A. Rosenfeld, S. K. Das, R. Grunwald, and J. Bonse, J. Appl. Phys. 105, 034908 (2009).
    [CrossRef]
  12. S. Juodkazis, K. Nishimura, and H. Misawa, Appl. Surf. Sci. 253, 6539 (2007).
    [CrossRef]
  13. M. Huang, F. L. Zhao, Y. Cheng, N. S. Xu, and Z. Z. Xu, Phys. Rev. B 79, 125436 (2009).
    [CrossRef]
  14. M. Birnbaum, J. Appl. Phys. 36, 3688 (1965).
    [CrossRef]
  15. D. C. Emmony, R. P. Howson, and L. J. Willis, Appl. Phys. Lett. 23, 598 (1973).
    [CrossRef]
  16. J. F. Young, J. S. Preston, H. M. van Driel, and J. E. Sipe, Phys. Rev. B 27, 1155 (1983).
    [CrossRef]
  17. F. Costache, M. Henyk, and J. Reif, Appl. Surf. Sci. 186, 352 (2002).
    [CrossRef]
  18. G. Miyaji and K. Miyazaki, Appl. Phys. Lett. 89, 191902 (2006).
    [CrossRef]

2009 (5)

2008 (1)

M. Shen, J. E. Carey, C. H. Crouch, M. Kandyla, H. A. Stone, and E. Mazur, Nano Lett. 8, 2087 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

2007 (1)

S. Juodkazis, K. Nishimura, and H. Misawa, Appl. Surf. Sci. 253, 6539 (2007).
[CrossRef]

2006 (3)

V. R. Bhardwaj, E. Simova, P. P. Rajeev, C. Hnatovsky, R. S. Taylor, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, Phys. Rev. Lett. 96, 057404 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

G. Miyaji and K. Miyazaki, Appl. Phys. Lett. 89, 191902 (2006).
[CrossRef]

T. Kondo, S. Juodkazis, V. Mizeikis, H. Misawa, and S. Matsuo, Opt. Express 14, 7943 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

2005 (1)

S. Kanehira, J. Si, J. Qiu, K. Fujita, and K. Hirao, Nano Lett. 5, 1591 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

2003 (1)

Y. Shimotsuma, P. G. Kazansky, J. R. Qiu, and K. Hirao, Phys. Rev. Lett. 91, 247405 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

2002 (1)

F. Costache, M. Henyk, and J. Reif, Appl. Surf. Sci. 186, 352 (2002).
[CrossRef]

2000 (1)

K. Sokolowski-Tinten and D. von der Linde, Phys. Rev. B 61, 2643 (2000).
[CrossRef]

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]

1983 (1)

J. F. Young, J. S. Preston, H. M. van Driel, and J. E. Sipe, Phys. Rev. B 27, 1155 (1983).
[CrossRef]

1973 (1)

D. C. Emmony, R. P. Howson, and L. J. Willis, Appl. Phys. Lett. 23, 598 (1973).
[CrossRef]

1965 (1)

M. Birnbaum, J. Appl. Phys. 36, 3688 (1965).
[CrossRef]

Bhardwaj, V. R.

V. R. Bhardwaj, E. Simova, P. P. Rajeev, C. Hnatovsky, R. S. Taylor, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, Phys. Rev. Lett. 96, 057404 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Birnbaum, M.

M. Birnbaum, J. Appl. Phys. 36, 3688 (1965).
[CrossRef]

Bonse, J.

D. Dufft, A. Rosenfeld, S. K. Das, R. Grunwald, and J. Bonse, J. Appl. Phys. 105, 034908 (2009).
[CrossRef]

Carey, J. E.

M. Shen, J. E. Carey, C. H. Crouch, M. Kandyla, H. A. Stone, and E. Mazur, Nano Lett. 8, 2087 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Cheng, Y.

M. Huang, F. L. Zhao, Y. Cheng, N. S. Xu, and Z. Z. Xu, Phys. Rev. B 79, 125436 (2009).
[CrossRef]

Corkum, P. B.

V. R. Bhardwaj, E. Simova, P. P. Rajeev, C. Hnatovsky, R. S. Taylor, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, Phys. Rev. Lett. 96, 057404 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Costache, F.

F. Costache, M. Henyk, and J. Reif, Appl. Surf. Sci. 186, 352 (2002).
[CrossRef]

Crouch, C. H.

M. Shen, J. E. Carey, C. H. Crouch, M. Kandyla, H. A. Stone, and E. Mazur, Nano Lett. 8, 2087 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Das, S. K.

D. Dufft, A. Rosenfeld, S. K. Das, R. Grunwald, and J. Bonse, J. Appl. Phys. 105, 034908 (2009).
[CrossRef]

Deng, L.

Ding, L. E.

Dufft, D.

D. Dufft, A. Rosenfeld, S. K. Das, R. Grunwald, and J. Bonse, J. Appl. Phys. 105, 034908 (2009).
[CrossRef]

Emmony, D. C.

D. C. Emmony, R. P. Howson, and L. J. Willis, Appl. Phys. Lett. 23, 598 (1973).
[CrossRef]

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]

Fujita, K.

S. Kanehira, J. Si, J. Qiu, K. Fujita, and K. Hirao, Nano Lett. 5, 1591 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Grunwald, R.

D. Dufft, A. Rosenfeld, S. K. Das, R. Grunwald, and J. Bonse, J. Appl. Phys. 105, 034908 (2009).
[CrossRef]

Henyk, M.

F. Costache, M. Henyk, and J. Reif, Appl. Surf. Sci. 186, 352 (2002).
[CrossRef]

Hirao, K.

M. Shimizu, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, T. Yuasa, H. Homma, Y. Minowa, K. Tanaka, K. Miura, and K. Hirao, Opt. Express 17, 46 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

S. Kanehira, J. Si, J. Qiu, K. Fujita, and K. Hirao, Nano Lett. 5, 1591 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Y. Shimotsuma, P. G. Kazansky, J. R. Qiu, and K. Hirao, Phys. Rev. Lett. 91, 247405 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Hnatovsky, C.

V. R. Bhardwaj, E. Simova, P. P. Rajeev, C. Hnatovsky, R. S. Taylor, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, Phys. Rev. Lett. 96, 057404 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Homma, H.

Howson, R. P.

D. C. Emmony, R. P. Howson, and L. J. Willis, Appl. Phys. Lett. 23, 598 (1973).
[CrossRef]

Huang, M.

M. Huang, F. L. Zhao, Y. Cheng, N. S. Xu, and Z. Z. Xu, Phys. Rev. B 79, 125436 (2009).
[CrossRef]

Jia, T. Q.

Jia, X.

Juodkazis, S.

Kandyla, M.

M. Shen, J. E. Carey, C. H. Crouch, M. Kandyla, H. A. Stone, and E. Mazur, Nano Lett. 8, 2087 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Kanehira, S.

S. Kanehira, J. Si, J. Qiu, K. Fujita, and K. Hirao, Nano Lett. 5, 1591 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Kazansky, P. G.

Y. Shimotsuma, P. G. Kazansky, J. R. Qiu, and K. Hirao, Phys. Rev. Lett. 91, 247405 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Kondo, T.

Matsuo, S.

Mazur, E.

M. Shen, J. E. Carey, C. H. Crouch, M. Kandyla, H. A. Stone, and E. Mazur, Nano Lett. 8, 2087 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Minowa, Y.

Misawa, H.

Miura, K.

Miyaji, G.

G. Miyaji and K. Miyazaki, Appl. Phys. Lett. 89, 191902 (2006).
[CrossRef]

Miyazaki, K.

G. Miyaji and K. Miyazaki, Appl. Phys. Lett. 89, 191902 (2006).
[CrossRef]

Mizeikis, V.

Namba, Y.

Nishii, K.

Nishimura, K.

S. Juodkazis, K. Nishimura, and H. Misawa, Appl. Surf. Sci. 253, 6539 (2007).
[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]

Preston, J. S.

J. F. Young, J. S. Preston, H. M. van Driel, and J. E. Sipe, Phys. Rev. B 27, 1155 (1983).
[CrossRef]

Qi, L.

Qiu, J.

S. Kanehira, J. Si, J. Qiu, K. Fujita, and K. Hirao, Nano Lett. 5, 1591 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Qiu, J. R.

Rajeev, P. P.

V. R. Bhardwaj, E. Simova, P. P. Rajeev, C. Hnatovsky, R. S. Taylor, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, Phys. Rev. Lett. 96, 057404 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Rayner, D. M.

V. R. Bhardwaj, E. Simova, P. P. Rajeev, C. Hnatovsky, R. S. Taylor, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, Phys. Rev. Lett. 96, 057404 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Reif, J.

F. Costache, M. Henyk, and J. Reif, Appl. Surf. Sci. 186, 352 (2002).
[CrossRef]

Rosenfeld, A.

D. Dufft, A. Rosenfeld, S. K. Das, R. Grunwald, and J. Bonse, J. Appl. Phys. 105, 034908 (2009).
[CrossRef]

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]

Sakakura, M.

Shen, M.

M. Shen, J. E. Carey, C. H. Crouch, M. Kandyla, H. A. Stone, and E. Mazur, Nano Lett. 8, 2087 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Shimizu, M.

Shimotsuma, Y.

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]

Si, J.

S. Kanehira, J. Si, J. Qiu, K. Fujita, and K. Hirao, Nano Lett. 5, 1591 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Simova, E.

V. R. Bhardwaj, E. Simova, P. P. Rajeev, C. Hnatovsky, R. S. Taylor, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, Phys. Rev. Lett. 96, 057404 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Sipe, J. E.

J. F. Young, J. S. Preston, H. M. van Driel, and J. E. Sipe, Phys. Rev. B 27, 1155 (1983).
[CrossRef]

Sokolowski-Tinten, K.

K. Sokolowski-Tinten and D. von der Linde, Phys. Rev. B 61, 2643 (2000).
[CrossRef]

Stone, H. A.

M. Shen, J. E. Carey, C. H. Crouch, M. Kandyla, H. A. Stone, and E. Mazur, Nano Lett. 8, 2087 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

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]

Sun, Z. R.

Tanaka, K.

Taylor, R. S.

V. R. Bhardwaj, E. Simova, P. P. Rajeev, C. Hnatovsky, R. S. Taylor, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, Phys. Rev. Lett. 96, 057404 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

van Driel, H. M.

J. F. Young, J. S. Preston, H. M. van Driel, and J. E. Sipe, Phys. Rev. B 27, 1155 (1983).
[CrossRef]

von der Linde, D.

K. Sokolowski-Tinten and D. von der Linde, Phys. Rev. B 61, 2643 (2000).
[CrossRef]

Wang, Z. G.

Willis, L. J.

D. C. Emmony, R. P. Howson, and L. J. Willis, Appl. Phys. Lett. 23, 598 (1973).
[CrossRef]

Xiong, P. X.

Xu, N. S.

M. Huang, F. L. Zhao, Y. Cheng, N. S. Xu, and Z. Z. Xu, Phys. Rev. B 79, 125436 (2009).
[CrossRef]

Xu, Z. Z.

Young, J. F.

J. F. Young, J. S. Preston, H. M. van Driel, and J. E. Sipe, Phys. Rev. B 27, 1155 (1983).
[CrossRef]

Yuasa, T.

Zhao, F. L.

M. Huang, F. L. Zhao, Y. Cheng, N. S. Xu, and Z. Z. Xu, Phys. Rev. B 79, 125436 (2009).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (2)

D. C. Emmony, R. P. Howson, and L. J. Willis, Appl. Phys. Lett. 23, 598 (1973).
[CrossRef]

G. Miyaji and K. Miyazaki, Appl. Phys. Lett. 89, 191902 (2006).
[CrossRef]

Appl. Surf. Sci. (2)

F. Costache, M. Henyk, and J. Reif, Appl. Surf. Sci. 186, 352 (2002).
[CrossRef]

S. Juodkazis, K. Nishimura, and H. Misawa, Appl. Surf. Sci. 253, 6539 (2007).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (2)

D. Dufft, A. Rosenfeld, S. K. Das, R. Grunwald, and J. Bonse, J. Appl. Phys. 105, 034908 (2009).
[CrossRef]

M. Birnbaum, J. Appl. Phys. 36, 3688 (1965).
[CrossRef]

Nano Lett. (2)

M. Shen, J. E. Carey, C. H. Crouch, M. Kandyla, H. A. Stone, and E. Mazur, Nano Lett. 8, 2087 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

S. Kanehira, J. Si, J. Qiu, K. Fujita, and K. Hirao, Nano Lett. 5, 1591 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. B (3)

K. Sokolowski-Tinten and D. von der Linde, Phys. Rev. B 61, 2643 (2000).
[CrossRef]

M. Huang, F. L. Zhao, Y. Cheng, N. S. Xu, and Z. Z. Xu, Phys. Rev. B 79, 125436 (2009).
[CrossRef]

J. F. Young, J. S. Preston, H. M. van Driel, and J. E. Sipe, Phys. Rev. B 27, 1155 (1983).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (3)

V. R. Bhardwaj, E. Simova, P. P. Rajeev, C. Hnatovsky, R. S. Taylor, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, Phys. Rev. Lett. 96, 057404 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

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

Y. Shimotsuma, P. G. Kazansky, J. R. Qiu, and K. Hirao, Phys. Rev. Lett. 91, 247405 (2003).
[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 (4)

Fig. 1
Fig. 1

SEM images of ablation area irradiated by 1300 nm laser for (a) 0.86 J cm 2 , 20 pulses; (b) 0.86 J cm 2 , 50 pulses; (c) 0.86 J cm 2 , 900 pulses; (d) 0.19 J cm 2 , 2000 pulses; (e) 0.19 J cm 2 , 20,000 pulses; and (f) 0.23 J cm 2 , 90,000 pulses. The arrow in (d) shows the laser polarization.

Fig. 2
Fig. 2

SEM images of ablation area irradiated by 800 nm laser for (a) 0.55 J cm 2 , 20 pulses; (b) 0.55 J cm 2 , 900 pulses; (c) 0.27 J cm 2 , 2000 pulses; and (d) 0.27 J cm 2 , 40,000 pulses. The arrow in (b) shows the laser polarization.

Fig. 3
Fig. 3

Dependences of nanoripple periods on laser pulse numbers, fluences, and wavelengths. Refractive index n is taken as 2 here.

Fig. 4
Fig. 4

SEM images of nanoripples in (a) the surface thin layer and (b) the subsurface layer irradiated by 1300 nm , 0.3 J cm 2 laser pulses.

Metrics