Abstract

In this Letter, an electro-optical probe configuration with polar molecule liquids as the sensing film is proposed to improve the voltage sensitivity. This method exhibited increases in intrinsic sensitivities better than 0.1mV/Hz, 2 orders of magnitude larger than the normal method using a GaAs probe in the same measurement system. Based on the mechanism of orientation polarization, the electro-optic coefficient was measured to be 250pm/V by the Teng–Man method at a modulation field of 100Hz. This technology will be promising in applications of low-frequency field detection.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. T. Nagatsuma, T. Shibata, E. Sano, and A. Iwata, J. Appl. Phys. 66, 4001 (1989).
    [CrossRef]
  2. M. S. Heutmaker, G. T. Harvey, and P. F. Bechtold, Appl. Phys. Lett. 59, 146 (1991).
    [CrossRef]
  3. O. Mitrofanov, A. Gasparyan, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Appl. Phys. Lett. 86, 202103 (2005).
    [CrossRef]
  4. K. de Kort, A. Heringa, and J. J. Vrehen, J. Appl. Phys. 76, 1794 (1994).
    [CrossRef]
  5. R. Hofmann and H. J. Pfleiderer, Microelectron. Eng. 31, 377 (1996).
    [CrossRef]
  6. H. Cao, T. F. Heinz, and A. Nahata, Opt. Lett. 27, 775 (2002).
    [CrossRef]
  7. X. Zheng, S. Wu, R. Sobolewski, R. Adam, M. Mikulics, P. Kordos, and M. Siegel, Appl. Phys. Lett. 82, 2383 (2003).
    [CrossRef]
  8. T. D. Kim, J. Luo, J. W. Ka, S. Hau, Y. Tian, Z. Shi, N. M. Tucker, S. H. Jang, J. W. Kang, and A. K.-Y. Ken, Adv. Mater. 18, 3038 (2006).
    [CrossRef]
  9. R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, Q. D. Chen, Z. X. Yan, M. B. Yi, and H. B. Sun, Opt. Lett. 35, 580 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, F. Zhu, Y. H. Yu, Q. D. Chen, M. B. Yi, and H. B. Sun, IEEE Photon. J. 3, 57 (2011).
    [CrossRef]
  11. I. Rau and F. Kajzar, Thin Solid Films 516, 8880 (2008).
    [CrossRef]
  12. M. G. Kuzyk, J. E. Sohn, and C. W. Dirk, J. Opt. Soc. Am. B 7, 842 (1990).
    [CrossRef]
  13. C. C. Teng and H. T. Man, Appl. Phys. Lett. 56, 1734 (1990).
    [CrossRef]
  14. H. Hayashi, H. Nakayama, O. Sugihara, and N. Okamoto, Opt. Lett. 20, 2264 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. F. Mantegazza, M. Caggioni, M. L. Jimenez, and T. Bellini, Nat. Phys. 1, 103 (2005).
    [CrossRef]

2011 (1)

R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, F. Zhu, Y. H. Yu, Q. D. Chen, M. B. Yi, and H. B. Sun, IEEE Photon. J. 3, 57 (2011).
[CrossRef]

2010 (1)

2008 (1)

I. Rau and F. Kajzar, Thin Solid Films 516, 8880 (2008).
[CrossRef]

2006 (1)

T. D. Kim, J. Luo, J. W. Ka, S. Hau, Y. Tian, Z. Shi, N. M. Tucker, S. H. Jang, J. W. Kang, and A. K.-Y. Ken, Adv. Mater. 18, 3038 (2006).
[CrossRef]

2005 (2)

F. Mantegazza, M. Caggioni, M. L. Jimenez, and T. Bellini, Nat. Phys. 1, 103 (2005).
[CrossRef]

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

2003 (1)

X. Zheng, S. Wu, R. Sobolewski, R. Adam, M. Mikulics, P. Kordos, and M. Siegel, Appl. Phys. Lett. 82, 2383 (2003).
[CrossRef]

2002 (1)

1996 (1)

R. Hofmann and H. J. Pfleiderer, Microelectron. Eng. 31, 377 (1996).
[CrossRef]

1995 (1)

1994 (1)

K. de Kort, A. Heringa, and J. J. Vrehen, J. Appl. Phys. 76, 1794 (1994).
[CrossRef]

1991 (1)

M. S. Heutmaker, G. T. Harvey, and P. F. Bechtold, Appl. Phys. Lett. 59, 146 (1991).
[CrossRef]

1990 (2)

1989 (1)

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

Adam, R.

X. Zheng, S. Wu, R. Sobolewski, R. Adam, M. Mikulics, P. Kordos, and M. Siegel, Appl. Phys. Lett. 82, 2383 (2003).
[CrossRef]

Bechtold, P. F.

M. S. Heutmaker, G. T. Harvey, and P. F. Bechtold, Appl. Phys. Lett. 59, 146 (1991).
[CrossRef]

Bellini, T.

F. Mantegazza, M. Caggioni, M. L. Jimenez, and T. Bellini, Nat. Phys. 1, 103 (2005).
[CrossRef]

Caggioni, M.

F. Mantegazza, M. Caggioni, M. L. Jimenez, and T. Bellini, Nat. Phys. 1, 103 (2005).
[CrossRef]

Cao, H.

Chen, Q. D.

R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, F. Zhu, Y. H. Yu, Q. D. Chen, M. B. Yi, and H. B. Sun, IEEE Photon. J. 3, 57 (2011).
[CrossRef]

R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, Q. D. Chen, Z. X. Yan, M. B. Yi, and H. B. Sun, Opt. Lett. 35, 580 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

de Kort, K.

K. de Kort, A. Heringa, and J. J. Vrehen, J. Appl. Phys. 76, 1794 (1994).
[CrossRef]

Dirk, C. W.

Gasparyan, A.

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

Harvey, G. T.

M. S. Heutmaker, G. T. Harvey, and P. F. Bechtold, Appl. Phys. Lett. 59, 146 (1991).
[CrossRef]

Hau, S.

T. D. Kim, J. Luo, J. W. Ka, S. Hau, Y. Tian, Z. Shi, N. M. Tucker, S. H. Jang, J. W. Kang, and A. K.-Y. Ken, Adv. Mater. 18, 3038 (2006).
[CrossRef]

Hayashi, H.

Heinz, T. F.

Heringa, A.

K. de Kort, A. Heringa, and J. J. Vrehen, J. Appl. Phys. 76, 1794 (1994).
[CrossRef]

Heutmaker, M. S.

M. S. Heutmaker, G. T. Harvey, and P. F. Bechtold, Appl. Phys. Lett. 59, 146 (1991).
[CrossRef]

Hofmann, R.

R. Hofmann and H. J. Pfleiderer, Microelectron. Eng. 31, 377 (1996).
[CrossRef]

Iwata, A.

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

Jang, S. H.

T. D. Kim, J. Luo, J. W. Ka, S. Hau, Y. Tian, Z. Shi, N. M. Tucker, S. H. Jang, J. W. Kang, and A. K.-Y. Ken, Adv. Mater. 18, 3038 (2006).
[CrossRef]

Jimenez, M. L.

F. Mantegazza, M. Caggioni, M. L. Jimenez, and T. Bellini, Nat. Phys. 1, 103 (2005).
[CrossRef]

Jin, R. L.

R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, F. Zhu, Y. H. Yu, Q. D. Chen, M. B. Yi, and H. B. Sun, IEEE Photon. J. 3, 57 (2011).
[CrossRef]

R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, Q. D. Chen, Z. X. Yan, M. B. Yi, and H. B. Sun, Opt. Lett. 35, 580 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Ka, J. W.

T. D. Kim, J. Luo, J. W. Ka, S. Hau, Y. Tian, Z. Shi, N. M. Tucker, S. H. Jang, J. W. Kang, and A. K.-Y. Ken, Adv. Mater. 18, 3038 (2006).
[CrossRef]

Kajzar, F.

I. Rau and F. Kajzar, Thin Solid Films 516, 8880 (2008).
[CrossRef]

Kang, J. W.

T. D. Kim, J. Luo, J. W. Ka, S. Hau, Y. Tian, Z. Shi, N. M. Tucker, S. H. Jang, J. W. Kang, and A. K.-Y. Ken, Adv. Mater. 18, 3038 (2006).
[CrossRef]

Ken, A. K.-Y.

T. D. Kim, J. Luo, J. W. Ka, S. Hau, Y. Tian, Z. Shi, N. M. Tucker, S. H. Jang, J. W. Kang, and A. K.-Y. Ken, Adv. Mater. 18, 3038 (2006).
[CrossRef]

Kim, T. D.

T. D. Kim, J. Luo, J. W. Ka, S. Hau, Y. Tian, Z. Shi, N. M. Tucker, S. H. Jang, J. W. Kang, and A. K.-Y. Ken, Adv. Mater. 18, 3038 (2006).
[CrossRef]

Kordos, P.

X. Zheng, S. Wu, R. Sobolewski, R. Adam, M. Mikulics, P. Kordos, and M. Siegel, Appl. Phys. Lett. 82, 2383 (2003).
[CrossRef]

Kuzyk, M. G.

Luo, J.

T. D. Kim, J. Luo, J. W. Ka, S. Hau, Y. Tian, Z. Shi, N. M. Tucker, S. H. Jang, J. W. Kang, and A. K.-Y. Ken, Adv. Mater. 18, 3038 (2006).
[CrossRef]

Man, H. T.

C. C. Teng and H. T. Man, Appl. Phys. Lett. 56, 1734 (1990).
[CrossRef]

Mantegazza, F.

F. Mantegazza, M. Caggioni, M. L. Jimenez, and T. Bellini, Nat. Phys. 1, 103 (2005).
[CrossRef]

Mikulics, M.

X. Zheng, S. Wu, R. Sobolewski, R. Adam, M. Mikulics, P. Kordos, and M. Siegel, Appl. Phys. Lett. 82, 2383 (2003).
[CrossRef]

Mitrofanov, O.

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

Nagatsuma, T.

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

Nahata, A.

Nakayama, H.

Okamoto, N.

Pfeiffer, L. N.

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

Pfleiderer, H. J.

R. Hofmann and H. J. Pfleiderer, Microelectron. Eng. 31, 377 (1996).
[CrossRef]

Rau, I.

I. Rau and F. Kajzar, Thin Solid Films 516, 8880 (2008).
[CrossRef]

Sano, E.

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

Shi, Z.

T. D. Kim, J. Luo, J. W. Ka, S. Hau, Y. Tian, Z. Shi, N. M. Tucker, S. H. Jang, J. W. Kang, and A. K.-Y. Ken, Adv. Mater. 18, 3038 (2006).
[CrossRef]

Shibata, T.

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

Siegel, M.

X. Zheng, S. Wu, R. Sobolewski, R. Adam, M. Mikulics, P. Kordos, and M. Siegel, Appl. Phys. Lett. 82, 2383 (2003).
[CrossRef]

Sobolewski, R.

X. Zheng, S. Wu, R. Sobolewski, R. Adam, M. Mikulics, P. Kordos, and M. Siegel, Appl. Phys. Lett. 82, 2383 (2003).
[CrossRef]

Sohn, J. E.

Sugihara, O.

Sun, H. B.

R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, F. Zhu, Y. H. Yu, Q. D. Chen, M. B. Yi, and H. B. Sun, IEEE Photon. J. 3, 57 (2011).
[CrossRef]

R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, Q. D. Chen, Z. X. Yan, M. B. Yi, and H. B. Sun, Opt. Lett. 35, 580 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Teng, C. C.

C. C. Teng and H. T. Man, Appl. Phys. Lett. 56, 1734 (1990).
[CrossRef]

Tian, Y.

T. D. Kim, J. Luo, J. W. Ka, S. Hau, Y. Tian, Z. Shi, N. M. Tucker, S. H. Jang, J. W. Kang, and A. K.-Y. Ken, Adv. Mater. 18, 3038 (2006).
[CrossRef]

Tucker, N. M.

T. D. Kim, J. Luo, J. W. Ka, S. Hau, Y. Tian, Z. Shi, N. M. Tucker, S. H. Jang, J. W. Kang, and A. K.-Y. Ken, Adv. Mater. 18, 3038 (2006).
[CrossRef]

Vrehen, J. J.

K. de Kort, A. Heringa, and J. J. Vrehen, J. Appl. Phys. 76, 1794 (1994).
[CrossRef]

West, K. W.

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

Wu, S.

X. Zheng, S. Wu, R. Sobolewski, R. Adam, M. Mikulics, P. Kordos, and M. Siegel, Appl. Phys. Lett. 82, 2383 (2003).
[CrossRef]

Yan, Z. X.

Yang, H.

R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, F. Zhu, Y. H. Yu, Q. D. Chen, M. B. Yi, and H. B. Sun, IEEE Photon. J. 3, 57 (2011).
[CrossRef]

R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, Q. D. Chen, Z. X. Yan, M. B. Yi, and H. B. Sun, Opt. Lett. 35, 580 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Yi, M. B.

R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, F. Zhu, Y. H. Yu, Q. D. Chen, M. B. Yi, and H. B. Sun, IEEE Photon. J. 3, 57 (2011).
[CrossRef]

R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, Q. D. Chen, Z. X. Yan, M. B. Yi, and H. B. Sun, Opt. Lett. 35, 580 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Yu, Y. H.

R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, F. Zhu, Y. H. Yu, Q. D. Chen, M. B. Yi, and H. B. Sun, IEEE Photon. J. 3, 57 (2011).
[CrossRef]

Zhao, D.

R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, F. Zhu, Y. H. Yu, Q. D. Chen, M. B. Yi, and H. B. Sun, IEEE Photon. J. 3, 57 (2011).
[CrossRef]

R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, Q. D. Chen, Z. X. Yan, M. B. Yi, and H. B. Sun, Opt. Lett. 35, 580 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Zheng, X.

X. Zheng, S. Wu, R. Sobolewski, R. Adam, M. Mikulics, P. Kordos, and M. Siegel, Appl. Phys. Lett. 82, 2383 (2003).
[CrossRef]

Zhu, F.

R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, F. Zhu, Y. H. Yu, Q. D. Chen, M. B. Yi, and H. B. Sun, IEEE Photon. J. 3, 57 (2011).
[CrossRef]

Adv. Mater. (1)

T. D. Kim, J. Luo, J. W. Ka, S. Hau, Y. Tian, Z. Shi, N. M. Tucker, S. H. Jang, J. W. Kang, and A. K.-Y. Ken, Adv. Mater. 18, 3038 (2006).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (4)

X. Zheng, S. Wu, R. Sobolewski, R. Adam, M. Mikulics, P. Kordos, and M. Siegel, Appl. Phys. Lett. 82, 2383 (2003).
[CrossRef]

M. S. Heutmaker, G. T. Harvey, and P. F. Bechtold, Appl. Phys. Lett. 59, 146 (1991).
[CrossRef]

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

C. C. Teng and H. T. Man, Appl. Phys. Lett. 56, 1734 (1990).
[CrossRef]

IEEE Photon. J. (1)

R. L. Jin, H. Yang, D. Zhao, F. Zhu, Y. H. Yu, Q. D. Chen, M. B. Yi, and H. B. Sun, IEEE Photon. J. 3, 57 (2011).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (2)

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

K. de Kort, A. Heringa, and J. J. Vrehen, J. Appl. Phys. 76, 1794 (1994).
[CrossRef]

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

Microelectron. Eng. (1)

R. Hofmann and H. J. Pfleiderer, Microelectron. Eng. 31, 377 (1996).
[CrossRef]

Nat. Phys. (1)

F. Mantegazza, M. Caggioni, M. L. Jimenez, and T. Bellini, Nat. Phys. 1, 103 (2005).
[CrossRef]

Opt. Lett. (3)

Thin Solid Films (1)

I. Rau and F. Kajzar, Thin Solid Films 516, 8880 (2008).
[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 (4)

Fig. 1
Fig. 1

Illustration of the electro-optical probe. (a) Electro-optical detection system using polar liquids. G and S, ground and signal line, respectively, of coplanar waveguide circuit. Configuration of (b) solid-state and (c) liquid-state probes. Curves above the signal electrode show schematic contours of the emanating field of the circuit.

Fig. 2
Fig. 2

Typical data from the electro-optic probe experiment. (a) Coplanar waveguide serving as circuit under test. (b) Measurement point monitored by a camera. (c) Upper curve, light intensity read by photodiode detector; bottom curve, applied electric signal to line of circuit (a).

Fig. 3
Fig. 3

Fundamental and quadratic component amplitudes of the output signals as function of the modulation field strength. Inset shows the two components of the measured signals at the same modulation field. Note that the frequency of the quadratic component is twice that of the modulation field.

Fig. 4
Fig. 4

Frequency response spectra of the fundamental and quadratic signals. Output signal declines considerably with increasing modulation frequency.

Equations (1)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

μ = μ 0 + K 1 α : E ( ω ) + K 2 β : E ( ω ) E ( ω ) + K 3 γ : E ( ω ) E ( ω ) E ( ω ) + ... ,

Metrics