Abstract

The dynamics of pulse transformation and free-carrier generation associated with the nonlinear propagation of 1030 nm and 300 fs light pulses in Gallium nitride film has been studied by use of pulsed digital holography with 25 fs temporal resolution. Domination of the Kerr effect at the leading part and electron plasma at the trailing part of the pulse has been identified from the reconstructed spatiotemporal phase-contrast images. Experimental results have been supported by the simplified numerical model capable to reproduce the main features of a dynamic process.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. H. Morkoc, S. Strite, G. B. Gao, M. E. Lin, B. Sverdlov, and M. Burns, J. Appl. Phys. 76, 1363 (1994).
    [CrossRef]
  2. J. Miragliotta and D. K. Wickenden, Phys. Rev. B 50, 14960 (1994).
    [CrossRef]
  3. Y.-L. Huang, C.-K. Sun, J.-C. Liang, S. Keller, M. P. Mack, U. K. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 75, 3524 (1999).
    [CrossRef]
  4. C.-K. Sun, J.-C. Liang, J.-C. Wang, F.-J. Kao, S. Keller, M. P. Mack, U. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 76, 439 (2000).
    [CrossRef]
  5. V. Pacebutas, A. Krotkus, T. Suski, P. Perlin, and M. Leszczynski, J. Appl. Phys. 92, 6930 (2002).
    [CrossRef]
  6. Y. Toda, T. Matsubara, R. Morita, M. Yamashita, K. Hoshino, T. Someya, and Y. Arakawa, Appl. Phys. Lett. 82, 4714 (2003).
    [CrossRef]
  7. A. Couairon and A. Mysyrowicz, Phys. Rep. 441, 47 (2007).
    [CrossRef]
  8. T. Balciunas, A. Melninkaitis, G. Tamosauskas, and V. Sirutkaitis, Opt. Lett. 33, 58 (2008).
    [CrossRef]
  9. J. Shah, ed., Ultrafast Spectroscopy of Semiconductors and Semiconductor Nanostructures (Springer, 1999).
  10. E. Cuche, P. Marquet, and C. Depeursinge, Appl. Opt. 38, 6994 (1999).
    [CrossRef]
  11. M. Mlejnek, M. Kolesik, J. V. Moloney, and E. M. Wright, Phys. Rev. Lett. 83, 2938 (1999).
    [CrossRef]
  12. 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]
  13. W. Liu, S. Petit, A. Becker, N. Akozbek, C. Bowden, and S. Chin, Opt. Commun. 202, 189 (2002).
    [CrossRef]
  14. K. J. Yee, K. G. Lee, E. Oh, D. S. Kim, and Y. S. Lim, Phys. Rev. Lett. 88, 105501 (2002).
    [CrossRef]

2008

2007

A. Couairon and A. Mysyrowicz, Phys. Rep. 441, 47 (2007).
[CrossRef]

2003

Y. Toda, T. Matsubara, R. Morita, M. Yamashita, K. Hoshino, T. Someya, and Y. Arakawa, Appl. Phys. Lett. 82, 4714 (2003).
[CrossRef]

2002

V. Pacebutas, A. Krotkus, T. Suski, P. Perlin, and M. Leszczynski, J. Appl. Phys. 92, 6930 (2002).
[CrossRef]

W. Liu, S. Petit, A. Becker, N. Akozbek, C. Bowden, and S. Chin, Opt. Commun. 202, 189 (2002).
[CrossRef]

K. J. Yee, K. G. Lee, E. Oh, D. S. Kim, and Y. S. Lim, Phys. Rev. Lett. 88, 105501 (2002).
[CrossRef]

2000

C.-K. Sun, J.-C. Liang, J.-C. Wang, F.-J. Kao, S. Keller, M. P. Mack, U. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 76, 439 (2000).
[CrossRef]

1999

Y.-L. Huang, C.-K. Sun, J.-C. Liang, S. Keller, M. P. Mack, U. K. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 75, 3524 (1999).
[CrossRef]

E. Cuche, P. Marquet, and C. Depeursinge, Appl. Opt. 38, 6994 (1999).
[CrossRef]

M. Mlejnek, M. Kolesik, J. V. Moloney, and E. M. Wright, Phys. Rev. Lett. 83, 2938 (1999).
[CrossRef]

1996

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

H. Morkoc, S. Strite, G. B. Gao, M. E. Lin, B. Sverdlov, and M. Burns, J. Appl. Phys. 76, 1363 (1994).
[CrossRef]

J. Miragliotta and D. K. Wickenden, Phys. Rev. B 50, 14960 (1994).
[CrossRef]

Akozbek, N.

W. Liu, S. Petit, A. Becker, N. Akozbek, C. Bowden, and S. Chin, Opt. Commun. 202, 189 (2002).
[CrossRef]

Arakawa, Y.

Y. Toda, T. Matsubara, R. Morita, M. Yamashita, K. Hoshino, T. Someya, and Y. Arakawa, Appl. Phys. Lett. 82, 4714 (2003).
[CrossRef]

Balciunas, T.

Becker, A.

W. Liu, S. Petit, A. Becker, N. Akozbek, C. Bowden, and S. Chin, Opt. Commun. 202, 189 (2002).
[CrossRef]

Bowden, C.

W. Liu, S. Petit, A. Becker, N. Akozbek, C. Bowden, and S. Chin, Opt. Commun. 202, 189 (2002).
[CrossRef]

Burns, M.

H. Morkoc, S. Strite, G. B. Gao, M. E. Lin, B. Sverdlov, and M. Burns, J. Appl. Phys. 76, 1363 (1994).
[CrossRef]

Chin, S.

W. Liu, S. Petit, A. Becker, N. Akozbek, C. Bowden, and S. Chin, Opt. Commun. 202, 189 (2002).
[CrossRef]

Couairon, A.

A. Couairon and A. Mysyrowicz, Phys. Rep. 441, 47 (2007).
[CrossRef]

Cuche, E.

DenBaars, S. P.

C.-K. Sun, J.-C. Liang, J.-C. Wang, F.-J. Kao, S. Keller, M. P. Mack, U. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 76, 439 (2000).
[CrossRef]

Y.-L. Huang, C.-K. Sun, J.-C. Liang, S. Keller, M. P. Mack, U. K. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 75, 3524 (1999).
[CrossRef]

Depeursinge, C.

Feit, 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]

Gao, G. B.

H. Morkoc, S. Strite, G. B. Gao, M. E. Lin, B. Sverdlov, and M. Burns, J. Appl. Phys. 76, 1363 (1994).
[CrossRef]

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]

Hoshino, K.

Y. Toda, T. Matsubara, R. Morita, M. Yamashita, K. Hoshino, T. Someya, and Y. Arakawa, Appl. Phys. Lett. 82, 4714 (2003).
[CrossRef]

Huang, Y.-L.

Y.-L. Huang, C.-K. Sun, J.-C. Liang, S. Keller, M. P. Mack, U. K. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 75, 3524 (1999).
[CrossRef]

Kao, F.-J.

C.-K. Sun, J.-C. Liang, J.-C. Wang, F.-J. Kao, S. Keller, M. P. Mack, U. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 76, 439 (2000).
[CrossRef]

Keller, S.

C.-K. Sun, J.-C. Liang, J.-C. Wang, F.-J. Kao, S. Keller, M. P. Mack, U. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 76, 439 (2000).
[CrossRef]

Y.-L. Huang, C.-K. Sun, J.-C. Liang, S. Keller, M. P. Mack, U. K. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 75, 3524 (1999).
[CrossRef]

Kim, D. S.

K. J. Yee, K. G. Lee, E. Oh, D. S. Kim, and Y. S. Lim, Phys. Rev. Lett. 88, 105501 (2002).
[CrossRef]

Kolesik, M.

M. Mlejnek, M. Kolesik, J. V. Moloney, and E. M. Wright, Phys. Rev. Lett. 83, 2938 (1999).
[CrossRef]

Krotkus, A.

V. Pacebutas, A. Krotkus, T. Suski, P. Perlin, and M. Leszczynski, J. Appl. Phys. 92, 6930 (2002).
[CrossRef]

Lee, K. G.

K. J. Yee, K. G. Lee, E. Oh, D. S. Kim, and Y. S. Lim, Phys. Rev. Lett. 88, 105501 (2002).
[CrossRef]

Leszczynski, M.

V. Pacebutas, A. Krotkus, T. Suski, P. Perlin, and M. Leszczynski, J. Appl. Phys. 92, 6930 (2002).
[CrossRef]

Liang, J.-C.

C.-K. Sun, J.-C. Liang, J.-C. Wang, F.-J. Kao, S. Keller, M. P. Mack, U. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 76, 439 (2000).
[CrossRef]

Y.-L. Huang, C.-K. Sun, J.-C. Liang, S. Keller, M. P. Mack, U. K. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 75, 3524 (1999).
[CrossRef]

Lim, Y. S.

K. J. Yee, K. G. Lee, E. Oh, D. S. Kim, and Y. S. Lim, Phys. Rev. Lett. 88, 105501 (2002).
[CrossRef]

Lin, M. E.

H. Morkoc, S. Strite, G. B. Gao, M. E. Lin, B. Sverdlov, and M. Burns, J. Appl. Phys. 76, 1363 (1994).
[CrossRef]

Liu, W.

W. Liu, S. Petit, A. Becker, N. Akozbek, C. Bowden, and S. Chin, Opt. Commun. 202, 189 (2002).
[CrossRef]

Mack, M. P.

C.-K. Sun, J.-C. Liang, J.-C. Wang, F.-J. Kao, S. Keller, M. P. Mack, U. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 76, 439 (2000).
[CrossRef]

Y.-L. Huang, C.-K. Sun, J.-C. Liang, S. Keller, M. P. Mack, U. K. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 75, 3524 (1999).
[CrossRef]

Marquet, P.

Matsubara, T.

Y. Toda, T. Matsubara, R. Morita, M. Yamashita, K. Hoshino, T. Someya, and Y. Arakawa, Appl. Phys. Lett. 82, 4714 (2003).
[CrossRef]

Melninkaitis, A.

Miragliotta, J.

J. Miragliotta and D. K. Wickenden, Phys. Rev. B 50, 14960 (1994).
[CrossRef]

Mishra, U.

C.-K. Sun, J.-C. Liang, J.-C. Wang, F.-J. Kao, S. Keller, M. P. Mack, U. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 76, 439 (2000).
[CrossRef]

Mishra, U. K.

Y.-L. Huang, C.-K. Sun, J.-C. Liang, S. Keller, M. P. Mack, U. K. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 75, 3524 (1999).
[CrossRef]

Mlejnek, M.

M. Mlejnek, M. Kolesik, J. V. Moloney, and E. M. Wright, Phys. Rev. Lett. 83, 2938 (1999).
[CrossRef]

Moloney, J. V.

M. Mlejnek, M. Kolesik, J. V. Moloney, and E. M. Wright, Phys. Rev. Lett. 83, 2938 (1999).
[CrossRef]

Morita, R.

Y. Toda, T. Matsubara, R. Morita, M. Yamashita, K. Hoshino, T. Someya, and Y. Arakawa, Appl. Phys. Lett. 82, 4714 (2003).
[CrossRef]

Morkoc, H.

H. Morkoc, S. Strite, G. B. Gao, M. E. Lin, B. Sverdlov, and M. Burns, J. Appl. Phys. 76, 1363 (1994).
[CrossRef]

Mysyrowicz, A.

A. Couairon and A. Mysyrowicz, Phys. Rep. 441, 47 (2007).
[CrossRef]

Oh, E.

K. J. Yee, K. G. Lee, E. Oh, D. S. Kim, and Y. S. Lim, Phys. Rev. Lett. 88, 105501 (2002).
[CrossRef]

Pacebutas, V.

V. Pacebutas, A. Krotkus, T. Suski, P. Perlin, and M. Leszczynski, J. Appl. Phys. 92, 6930 (2002).
[CrossRef]

Perlin, P.

V. Pacebutas, A. Krotkus, T. Suski, P. Perlin, and M. Leszczynski, J. Appl. Phys. 92, 6930 (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]

Petit, S.

W. Liu, S. Petit, A. Becker, N. Akozbek, C. Bowden, and S. Chin, Opt. Commun. 202, 189 (2002).
[CrossRef]

Rubenchik, A. M.

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]

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]

Sirutkaitis, V.

Someya, T.

Y. Toda, T. Matsubara, R. Morita, M. Yamashita, K. Hoshino, T. Someya, and Y. Arakawa, Appl. Phys. Lett. 82, 4714 (2003).
[CrossRef]

Strite, S.

H. Morkoc, S. Strite, G. B. Gao, M. E. Lin, B. Sverdlov, and M. Burns, J. Appl. Phys. 76, 1363 (1994).
[CrossRef]

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]

Sun, C.-K.

C.-K. Sun, J.-C. Liang, J.-C. Wang, F.-J. Kao, S. Keller, M. P. Mack, U. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 76, 439 (2000).
[CrossRef]

Y.-L. Huang, C.-K. Sun, J.-C. Liang, S. Keller, M. P. Mack, U. K. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 75, 3524 (1999).
[CrossRef]

Suski, T.

V. Pacebutas, A. Krotkus, T. Suski, P. Perlin, and M. Leszczynski, J. Appl. Phys. 92, 6930 (2002).
[CrossRef]

Sverdlov, B.

H. Morkoc, S. Strite, G. B. Gao, M. E. Lin, B. Sverdlov, and M. Burns, J. Appl. Phys. 76, 1363 (1994).
[CrossRef]

Tamosauskas, G.

Toda, Y.

Y. Toda, T. Matsubara, R. Morita, M. Yamashita, K. Hoshino, T. Someya, and Y. Arakawa, Appl. Phys. Lett. 82, 4714 (2003).
[CrossRef]

Wang, J.-C.

C.-K. Sun, J.-C. Liang, J.-C. Wang, F.-J. Kao, S. Keller, M. P. Mack, U. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 76, 439 (2000).
[CrossRef]

Wickenden, D. K.

J. Miragliotta and D. K. Wickenden, Phys. Rev. B 50, 14960 (1994).
[CrossRef]

Wright, E. M.

M. Mlejnek, M. Kolesik, J. V. Moloney, and E. M. Wright, Phys. Rev. Lett. 83, 2938 (1999).
[CrossRef]

Yamashita, M.

Y. Toda, T. Matsubara, R. Morita, M. Yamashita, K. Hoshino, T. Someya, and Y. Arakawa, Appl. Phys. Lett. 82, 4714 (2003).
[CrossRef]

Yee, K. J.

K. J. Yee, K. G. Lee, E. Oh, D. S. Kim, and Y. S. Lim, Phys. Rev. Lett. 88, 105501 (2002).
[CrossRef]

Appl. Opt.

Appl. Phys. Lett.

Y.-L. Huang, C.-K. Sun, J.-C. Liang, S. Keller, M. P. Mack, U. K. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 75, 3524 (1999).
[CrossRef]

C.-K. Sun, J.-C. Liang, J.-C. Wang, F.-J. Kao, S. Keller, M. P. Mack, U. Mishra, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 76, 439 (2000).
[CrossRef]

Y. Toda, T. Matsubara, R. Morita, M. Yamashita, K. Hoshino, T. Someya, and Y. Arakawa, Appl. Phys. Lett. 82, 4714 (2003).
[CrossRef]

J. Appl. Phys.

V. Pacebutas, A. Krotkus, T. Suski, P. Perlin, and M. Leszczynski, J. Appl. Phys. 92, 6930 (2002).
[CrossRef]

H. Morkoc, S. Strite, G. B. Gao, M. E. Lin, B. Sverdlov, and M. Burns, J. Appl. Phys. 76, 1363 (1994).
[CrossRef]

Opt. Commun.

W. Liu, S. Petit, A. Becker, N. Akozbek, C. Bowden, and S. Chin, Opt. Commun. 202, 189 (2002).
[CrossRef]

Opt. Lett.

Phys. Rep.

A. Couairon and A. Mysyrowicz, Phys. Rep. 441, 47 (2007).
[CrossRef]

Phys. Rev. B

J. Miragliotta and D. K. Wickenden, Phys. Rev. B 50, 14960 (1994).
[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. Lett.

K. J. Yee, K. G. Lee, E. Oh, D. S. Kim, and Y. S. Lim, Phys. Rev. Lett. 88, 105501 (2002).
[CrossRef]

M. Mlejnek, M. Kolesik, J. V. Moloney, and E. M. Wright, Phys. Rev. Lett. 83, 2938 (1999).
[CrossRef]

Other

J. Shah, ed., Ultrafast Spectroscopy of Semiconductors and Semiconductor Nanostructures (Springer, 1999).

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 (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

Experimental setup for holographic registration of ultrafast processes in GaN film.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a), (b) Amplitude- and (c), (d) phase-contrast images of nonlinear propagation of the pump pulse in thin GaN film for different pump pulse energy densities and polarizations. (f) Cross sections of (c) experimental and (e) modeled phase images.

Fig. 3.
Fig. 3.

Modeled on-axis intensity distributions of the pump pulse at different time moments inside GaN.

Equations (1)

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

Δn(y,t)(n2I(x,y,t)ρ(x,y,t)2ρcr)dx.

Metrics