Abstract

We report a theoretical model and experimental results for laser-induced lensing in solids. The model distinguishes and quantifies the contributions from population and thermal effects. Laser-induced lensing in ytterbium-doped fluorozirconate glass ZBLAN:Yb3+ is measured, and the thermal and optical properties obtained from analyzing the data with the proposed model agree well with published values. Photothermal techniques are used extensively for the investigation of laser and laser-cooling materials, and the model developed here enables the interpretation of convoluted laser-induced lensing signals that have contributions from different sources.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. S. E. Bialkowski, Photothermal Spectroscopy Methods for Chemical Analysis (Wiley, 1996).
  2. J. Shen, R. D. Lowe, and R. D. Snook, Chem. Phys. 165, 385 (1992).
    [CrossRef]
  3. D. V. Seletskiy, S. D. Melgaard, R. I. Epstein, A. Di Lieto, M. Tonelli, and M. Sheik-Bahae, Opt. Express 19, 18229 (2011).
    [CrossRef]
  4. N. Passilly, E. Haouas, V. Ménard, R. Moncorgé, and K. Aït-Ameur, Opt. Commun. 260, 703 (2006).
    [CrossRef]
  5. D. N. Messias, T. Catunda, J. D. Myers, and M. J. Myers, Opt. Lett. 32, 665 (2007).
    [CrossRef]
  6. O. L. Antipov, D. V. Bredikhin, O. N. Eremeykin, A. P. Savikin, E. V. Ivakin, and A. V. Sukhadolau, Opt. Lett. 31, 763 (2006).
    [CrossRef]
  7. E. Anashkina and O. Antipov, J. Opt. Soc. Am. B 27, 363 (2010).
    [CrossRef]
  8. M. Sheik-Bahae and R. I. Epstein, Laser Photon. Rev. 3, 67 (2009).
    [CrossRef]
  9. C. E. Mungan and T. R. Gosnell, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 40, 161 (1999).
    [CrossRef]
  10. L. C. Malacarne, N. G. C. Astrath, and M. L. Baesso, J. Opt. Soc. Am. B 29, 1772 (2012).
    [CrossRef]
  11. G. Nemova and R. Kashyap, J. Opt. Soc. Am. B 29, 3034 (2012).
    [CrossRef]
  12. X. Luo, M. D. Eisaman, and T. R. Gosnell, Opt. Lett. 23, 639 (1998).
    [CrossRef]
  13. R. I. Epstein, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, T. R. Gosnell, and C. E. Mungan, Nature 377, 500 (1995).
    [CrossRef]
  14. M. P. Hehlen and R. I. Epstein, Phys. Rev. B 75, 144302 (2007).
    [CrossRef]
  15. S. M. Lima, T. Catunda, R. Lebullenger, A. C. Hernandes, M. L. Baesso, A. C. Bento, and L. C. M. Miranda, Phys. Rev. B 60, 15173 (1999).
    [CrossRef]
  16. G. Lei, J. E. Anderson, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, M. T. Murtagh, and G. H. Sigel, IEEE J. Quantum Electron. 34, 1839 (1998).
    [CrossRef]
  17. J. M. Jewell and I. D. Aggarwal, J. Non-Cryst. Solids 142, 260 (1992).
    [CrossRef]

2012 (2)

2011 (1)

2010 (1)

2009 (1)

M. Sheik-Bahae and R. I. Epstein, Laser Photon. Rev. 3, 67 (2009).
[CrossRef]

2007 (2)

2006 (2)

O. L. Antipov, D. V. Bredikhin, O. N. Eremeykin, A. P. Savikin, E. V. Ivakin, and A. V. Sukhadolau, Opt. Lett. 31, 763 (2006).
[CrossRef]

N. Passilly, E. Haouas, V. Ménard, R. Moncorgé, and K. Aït-Ameur, Opt. Commun. 260, 703 (2006).
[CrossRef]

1999 (2)

C. E. Mungan and T. R. Gosnell, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 40, 161 (1999).
[CrossRef]

S. M. Lima, T. Catunda, R. Lebullenger, A. C. Hernandes, M. L. Baesso, A. C. Bento, and L. C. M. Miranda, Phys. Rev. B 60, 15173 (1999).
[CrossRef]

1998 (2)

G. Lei, J. E. Anderson, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, M. T. Murtagh, and G. H. Sigel, IEEE J. Quantum Electron. 34, 1839 (1998).
[CrossRef]

X. Luo, M. D. Eisaman, and T. R. Gosnell, Opt. Lett. 23, 639 (1998).
[CrossRef]

1995 (1)

R. I. Epstein, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, T. R. Gosnell, and C. E. Mungan, Nature 377, 500 (1995).
[CrossRef]

1992 (2)

J. Shen, R. D. Lowe, and R. D. Snook, Chem. Phys. 165, 385 (1992).
[CrossRef]

J. M. Jewell and I. D. Aggarwal, J. Non-Cryst. Solids 142, 260 (1992).
[CrossRef]

Aggarwal, I. D.

J. M. Jewell and I. D. Aggarwal, J. Non-Cryst. Solids 142, 260 (1992).
[CrossRef]

Aït-Ameur, K.

N. Passilly, E. Haouas, V. Ménard, R. Moncorgé, and K. Aït-Ameur, Opt. Commun. 260, 703 (2006).
[CrossRef]

Anashkina, E.

Anderson, J. E.

G. Lei, J. E. Anderson, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, M. T. Murtagh, and G. H. Sigel, IEEE J. Quantum Electron. 34, 1839 (1998).
[CrossRef]

Antipov, O.

Antipov, O. L.

Astrath, N. G. C.

Baesso, M. L.

L. C. Malacarne, N. G. C. Astrath, and M. L. Baesso, J. Opt. Soc. Am. B 29, 1772 (2012).
[CrossRef]

S. M. Lima, T. Catunda, R. Lebullenger, A. C. Hernandes, M. L. Baesso, A. C. Bento, and L. C. M. Miranda, Phys. Rev. B 60, 15173 (1999).
[CrossRef]

Bento, A. C.

S. M. Lima, T. Catunda, R. Lebullenger, A. C. Hernandes, M. L. Baesso, A. C. Bento, and L. C. M. Miranda, Phys. Rev. B 60, 15173 (1999).
[CrossRef]

Bialkowski, S. E.

S. E. Bialkowski, Photothermal Spectroscopy Methods for Chemical Analysis (Wiley, 1996).

Bredikhin, D. V.

Buchwald, M. I.

G. Lei, J. E. Anderson, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, M. T. Murtagh, and G. H. Sigel, IEEE J. Quantum Electron. 34, 1839 (1998).
[CrossRef]

R. I. Epstein, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, T. R. Gosnell, and C. E. Mungan, Nature 377, 500 (1995).
[CrossRef]

Catunda, T.

D. N. Messias, T. Catunda, J. D. Myers, and M. J. Myers, Opt. Lett. 32, 665 (2007).
[CrossRef]

S. M. Lima, T. Catunda, R. Lebullenger, A. C. Hernandes, M. L. Baesso, A. C. Bento, and L. C. M. Miranda, Phys. Rev. B 60, 15173 (1999).
[CrossRef]

Di Lieto, A.

Edwards, B. C.

G. Lei, J. E. Anderson, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, M. T. Murtagh, and G. H. Sigel, IEEE J. Quantum Electron. 34, 1839 (1998).
[CrossRef]

R. I. Epstein, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, T. R. Gosnell, and C. E. Mungan, Nature 377, 500 (1995).
[CrossRef]

Eisaman, M. D.

Epstein, R. I.

D. V. Seletskiy, S. D. Melgaard, R. I. Epstein, A. Di Lieto, M. Tonelli, and M. Sheik-Bahae, Opt. Express 19, 18229 (2011).
[CrossRef]

M. Sheik-Bahae and R. I. Epstein, Laser Photon. Rev. 3, 67 (2009).
[CrossRef]

M. P. Hehlen and R. I. Epstein, Phys. Rev. B 75, 144302 (2007).
[CrossRef]

G. Lei, J. E. Anderson, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, M. T. Murtagh, and G. H. Sigel, IEEE J. Quantum Electron. 34, 1839 (1998).
[CrossRef]

R. I. Epstein, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, T. R. Gosnell, and C. E. Mungan, Nature 377, 500 (1995).
[CrossRef]

Eremeykin, O. N.

Gosnell, T. R.

C. E. Mungan and T. R. Gosnell, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 40, 161 (1999).
[CrossRef]

X. Luo, M. D. Eisaman, and T. R. Gosnell, Opt. Lett. 23, 639 (1998).
[CrossRef]

R. I. Epstein, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, T. R. Gosnell, and C. E. Mungan, Nature 377, 500 (1995).
[CrossRef]

Haouas, E.

N. Passilly, E. Haouas, V. Ménard, R. Moncorgé, and K. Aït-Ameur, Opt. Commun. 260, 703 (2006).
[CrossRef]

Hehlen, M. P.

M. P. Hehlen and R. I. Epstein, Phys. Rev. B 75, 144302 (2007).
[CrossRef]

Hernandes, A. C.

S. M. Lima, T. Catunda, R. Lebullenger, A. C. Hernandes, M. L. Baesso, A. C. Bento, and L. C. M. Miranda, Phys. Rev. B 60, 15173 (1999).
[CrossRef]

Ivakin, E. V.

Jewell, J. M.

J. M. Jewell and I. D. Aggarwal, J. Non-Cryst. Solids 142, 260 (1992).
[CrossRef]

Kashyap, R.

Lebullenger, R.

S. M. Lima, T. Catunda, R. Lebullenger, A. C. Hernandes, M. L. Baesso, A. C. Bento, and L. C. M. Miranda, Phys. Rev. B 60, 15173 (1999).
[CrossRef]

Lei, G.

G. Lei, J. E. Anderson, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, M. T. Murtagh, and G. H. Sigel, IEEE J. Quantum Electron. 34, 1839 (1998).
[CrossRef]

Lima, S. M.

S. M. Lima, T. Catunda, R. Lebullenger, A. C. Hernandes, M. L. Baesso, A. C. Bento, and L. C. M. Miranda, Phys. Rev. B 60, 15173 (1999).
[CrossRef]

Lowe, R. D.

J. Shen, R. D. Lowe, and R. D. Snook, Chem. Phys. 165, 385 (1992).
[CrossRef]

Luo, X.

Malacarne, L. C.

Melgaard, S. D.

Ménard, V.

N. Passilly, E. Haouas, V. Ménard, R. Moncorgé, and K. Aït-Ameur, Opt. Commun. 260, 703 (2006).
[CrossRef]

Messias, D. N.

Miranda, L. C. M.

S. M. Lima, T. Catunda, R. Lebullenger, A. C. Hernandes, M. L. Baesso, A. C. Bento, and L. C. M. Miranda, Phys. Rev. B 60, 15173 (1999).
[CrossRef]

Moncorgé, R.

N. Passilly, E. Haouas, V. Ménard, R. Moncorgé, and K. Aït-Ameur, Opt. Commun. 260, 703 (2006).
[CrossRef]

Mungan, C. E.

C. E. Mungan and T. R. Gosnell, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 40, 161 (1999).
[CrossRef]

R. I. Epstein, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, T. R. Gosnell, and C. E. Mungan, Nature 377, 500 (1995).
[CrossRef]

Murtagh, M. T.

G. Lei, J. E. Anderson, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, M. T. Murtagh, and G. H. Sigel, IEEE J. Quantum Electron. 34, 1839 (1998).
[CrossRef]

Myers, J. D.

Myers, M. J.

Nemova, G.

Passilly, N.

N. Passilly, E. Haouas, V. Ménard, R. Moncorgé, and K. Aït-Ameur, Opt. Commun. 260, 703 (2006).
[CrossRef]

Savikin, A. P.

Seletskiy, D. V.

Sheik-Bahae, M.

Shen, J.

J. Shen, R. D. Lowe, and R. D. Snook, Chem. Phys. 165, 385 (1992).
[CrossRef]

Sigel, G. H.

G. Lei, J. E. Anderson, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, M. T. Murtagh, and G. H. Sigel, IEEE J. Quantum Electron. 34, 1839 (1998).
[CrossRef]

Snook, R. D.

J. Shen, R. D. Lowe, and R. D. Snook, Chem. Phys. 165, 385 (1992).
[CrossRef]

Sukhadolau, A. V.

Tonelli, M.

Adv. At. Mol. Opt. Phys. (1)

C. E. Mungan and T. R. Gosnell, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 40, 161 (1999).
[CrossRef]

Chem. Phys. (1)

J. Shen, R. D. Lowe, and R. D. Snook, Chem. Phys. 165, 385 (1992).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (1)

G. Lei, J. E. Anderson, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, M. T. Murtagh, and G. H. Sigel, IEEE J. Quantum Electron. 34, 1839 (1998).
[CrossRef]

J. Non-Cryst. Solids (1)

J. M. Jewell and I. D. Aggarwal, J. Non-Cryst. Solids 142, 260 (1992).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (3)

Laser Photon. Rev. (1)

M. Sheik-Bahae and R. I. Epstein, Laser Photon. Rev. 3, 67 (2009).
[CrossRef]

Nature (1)

R. I. Epstein, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, T. R. Gosnell, and C. E. Mungan, Nature 377, 500 (1995).
[CrossRef]

Opt. Commun. (1)

N. Passilly, E. Haouas, V. Ménard, R. Moncorgé, and K. Aït-Ameur, Opt. Commun. 260, 703 (2006).
[CrossRef]

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (3)

Phys. Rev. B (2)

M. P. Hehlen and R. I. Epstein, Phys. Rev. B 75, 144302 (2007).
[CrossRef]

S. M. Lima, T. Catunda, R. Lebullenger, A. C. Hernandes, M. L. Baesso, A. C. Bento, and L. C. M. Miranda, Phys. Rev. B 60, 15173 (1999).
[CrossRef]

Other (1)

S. E. Bialkowski, Photothermal Spectroscopy Methods for Chemical Analysis (Wiley, 1996).

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.

I(t) dependence on θPL calculated with Eqs. (1) and (4) for (a) θth=0.1 and (b) θth=0.1. The parameters used for the simulations are indicated in the figure.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) Normalized experimental lensing signal I(t)/I(0) (open circles) for ZBLAN:Yb3+. Continuous line denotes least-squares curve fit using I(t). (b) θth and θPL as a function of the excitation power.

Equations (4)

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

Φth(g,t)=θth0t1tc+2ξ(1e2mg1+2ξ/tc)dξ,
Nex(r,z,t)t=I(r,z)E[σabs(λex)Ng(r,z,t)σse(λex)Nex(r,z,t)]Nex(r,z,t)τ.
Nex(r,z,t)=(NT/2)Is,1(r,z)1+Is,2(r,z){1et[1+Is,2(r,z)]/τ},
ΦPL(g,t)=θPL0Le2mgeAez1/τ+θe2mgeAez×{1exp[t(1τ+θe2mgeAez)]}dz.

Metrics