Metal nanocluster formation by ion implantation in silicate glasses: Nonlinear optical applications

Journal of Nonlinear Optical Physics and Materials

Volumn 5, Issue 2, 1996, Pages 285-330

  Mazzoldi, P ^a   Arnold, G W ^b   Battaglin, G ^c   Gonella, F ^a   Haglund, R F ^d  

^a UNIVERSITY OF PADOVA   (Italy)

^b Consultants International ^*  (United States)

^c INFM   (Italy)

^d VANDERBILT UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

COLLOIDS; GLASS; ION IMPLANTATION; METALS; NONLINEAR OPTICS; OPTICAL SWITCHES; REFRACTIVE INDEX; SILICATES; SUBSTRATES;

B-Y IONS; COLLOIDAL PARTICLE; GLASS SUBSTRATES; IONS IMPLANTATION; METAL NANOCLUSTERS; METALS IONS; NANOCLUSTER FORMATION; NONLINEAR OPTICAL APPLICATIONS; NONLINEAR OPTICAL PROPERTIES; SILICATE GLASS;

METAL IONS;

EID: 0030559576     PISSN: 02188635     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1142/S0218863596000209     Document Type: Article

References (140)

1. T. Kobayashi, Nonlinear Optics 1, 91 (1991).
2. E. M. Vogel, J. Am. Ceram. Soc. 72, 719 (1989).
3. S. R. Friberg and P. W. Smith, IEEE J. Quantum Electron. QE-23, 1080 (1987).
4. G. I. Stegeman and R. H. Stolen, J. Opt. Soc. Am. B6 652 (1989).
5. K. W. DeLong, A. Gabel, C. T. Seaton and G. I. Stegeman, J. Opt. Soc. Am. B6, 1306 (1989).
6. F. Hache, D. Ricard and C. Flytzanis, J. Opt. Soc. Am. B3, 1647 (1986).
7. L. Genzel, T. P. Martin and U. Kreibig, Z. Physik B2, 339 (1975).
8. K. Koizumi, Proc. XVI International Congress on Glass, Vol. 1, eds. A. Durán and J. M. Fernández Navarro (S. E. de Cerámica y Vidrio, Madrid, 1992) p. 45.
9. J. E. Goell and R. D. Standley, Proc. IEEE 58, 1504 (1970).
10. G. I. Stegeman and C. T. Seaton, J. Appl. Phys. 58, 57 (1985).
11. Y. Fainman, J. Ma and S. H. Lee, Mat. Science Rep. 9, 53 (1993).
12. R. A. Weeks, Glasses and Amorphous Materials, ed. J. Zarzycki (VCH, Weinheim, 1991) p. 331 and references therein.
13. G. W. Arnold, Homage to Galileo (Collection of Invited Papers of the International Conference "From Galileo's 'Occhialino' to Optoelectronics: Frontiers of Optical Systems and Materials", Padova, Italy, 1992), ed. P. Mazzoldi (CLEUP, Padova, 1992) p. 3 and references therein.
14. P. D. Townsend, Modifications Induced by Irradiation of Glasses, ed. P. Mazzoldi (Elsevier, Amsterdam, 1992) p. 73 and references therein.
15. A. P. Webb and P. D. Townsend, J. Phys. D8, 1567 (1975).
16. C. Wang, Y. Tao and S. Wang, J. Non-Cryst. Solids 52, 589 (1982).
17. I. K. Naik, Appl. Phys. Lett. 43, 519 (1983).
18. I. K. Naik, Processing of Guided Wave Optoelectronic Materials, eds. R. L. Holman and D. M. Smyth, Proc. SPIE 460, 56 (1984).
19. P. Mazzoldi, G. W. Arnold, G. Battaglin, R. Bertoncello and F. Gonella, Nucl. Instr. Meth. B91, 478 (1994).
20. R. F. Haglund, Jr., L. Yang, R. H. Magruder, C. W. White, R. A. Zuhr, Lena Yang, R. Dorsinville and R. R. Alfano, Nucl. Instr. Meth. B91, 493 (1994).
21. M. J. Weber, D. Milam and W. L. Smith, Opt. Eng. 17, 463 (1978).
22. R. A. Broglia, Contemp. Phys. 35, 95 (1994).
23. J. C. Maxwell-Garnett, Phil. Trans. R. Soc. 203, 885 (1904).
24. G. Mie, Ann. Physik 25, 377 (1908).
25. D. Stroud and V. E. Wood, J. Opt. Soc. Am. B4, 778 (1989).
26. D. Stroud and P. M. Hui, Phys. Rev. B37, 8719 (1988).
27. F. Hache, D. Ricard and C. Girard, Phys. Rev. B38, 7990 (1988).
28. J. W. Haus, N. Kalyaniwalla, R. Inguva, M. Bloemer and C. M. Bowden, J. Opt. Soc. Am. B6, 797 (1989); J. W. Haus, R. Inguva and C. M. Bowden, Phys. Rev. B40, 5729 (1989).
29. J. W. Haus, N. Kalyaniwalla, R. Inguva, M. Bloemer and C. M. Bowden, J. Opt. Soc. Am. B6, 797 (1989); J. W. Haus, R. Inguva and C. M. Bowden, Phys. Rev. B40, 5729 (1989).
30. D. Stroud and P. M. Hui, Phys. Rev. B37, 8719 (1988).
31. A. E. Neeves and M. H. Birnboim, J. Opt. Soc. Am. B6, 787 (1989).
32. S. Schmitt-Rink, D. A. B. Miller and D. S. Chemla, Phys. Rev. B35, 8113 (1987).
33. W. P. Halperin, Rev. Mod. Phys. 58, 533 (1986).
34. F. Hache, D. Ricard, C. Flytzanis and U. Kreibig, Appl. Phys. A47, 347 (1988).
35. See, for example, the systematic measurements on Au nanoparticles by P. B. Johnson and R. W. Christy, Phys. Rev. B6, 4370 (1972).
36. M. J. Bloemer, T. L. Ferrell, M. C. Buncick, and R. J. Warniack, Phys. Rev. B37, 8015 (1988).
37. See the discussions in R. P. Devaty and A. J. Sievers, Phys. Rev. B31, 2427 (1985) and W. A. Curtin and N. W. Ashcroft, Phys. Rev. B31, 3287 (1988).
38. See the discussions in R. P. Devaty and A. J. Sievers, Phys. Rev. B31, 2427 (1985) and W. A. Curtin and N. W. Ashcroft, Phys. Rev. B31, 3287 (1988).
39. K. Becker, L. Yang, R. F. Haglund, Jr., R. H. Magruder, R. A. Weeks and R. A. Zuhr, Nucl. Instr. Meth. B59/60, 1304 (1991).
40. R. F. Haglund, Jr., R. H. Magruder, S. H. Morgan, D. O. Henderson, R. A. Weller, L. Yang and R. A. Zuhr, Nucl. Instr. Meth. B65, 405 (1992).
41. H. Hosono, Y. Abe, N. Matsunami, Appl. Phys. Lett. 60, 2614 (1992).
42. E. Duval, A. Boukenter and B. Champagnon, Phys. Rev. Lett. 56, 2052 (1986).
43. M. Ferrari, F. Gonella, M. Montagna and C. Tosello, J. Appl. Phys. 79, 2055 (1996).
44. M. Sheik-Bahae, A. A. Said, T. H. Wei, D. J. Hagen and E. W. Van Stryland, IEEE J. Quantum Electron. QE-26, 760 (1990).
45. D. Weaire, B. S. Wherrett, D. A. B. Miller and S. D. Smith, Opt. Lett. 4, 331 (1979).
46. K. Becker, Li Yang and R. F. Haglund, Jr., to be submitted to J. Opt. Soc. Am. B.
47. M. Sheik-Bahae, J. Wang, R. DeSalvo, D. J. Hagan and E. W. Van Stryland, Opt. Lett. 17, 258 (1992).
48. J. Wang, M. Sheik-Bahae, A. A. Said, D. J. Hagan and E. W. Van Stryland, J. Opt. Soc. Am. B11, 1009 (1994).
49. A. L. Smirl, T. F. Boggess and F. A. Hopf, Opt. Comm. 34, 463 (1980).
50. See, for example, G. M. Carter, J. Opt. Soc. Am. B4, 1018 (1987).
51. R. Adair, L. L. Chase and S. A. Payne, J. Opt. Soc. Am. B4, 875 (1987).
52. A. Gabel, K. W. DeLong, C. T. Seaton and G. W. Stegeman, Appl. Phys. Lett. 51, 1682 (1987).
53. R. F. Haglund, Jr., L. Yang, R. H. Magruder, J. E. Wittig, K. Becker and R. A. Zuhr, Opt. Lett. 18, 373 (1993).
54. R. H. Magruder, R. A. Zuhr and R. A. Weeks, Nucl. Instr. Meth. B59/60, 1308 (1991).
55. R. H. Magruder, R. A. Weeks, R. A. Zhur and G. Whichard, J. Non-Cryst. Solids 129, 46 (1991).
56. R. H. Magruder, R. F. Haglund, Jr., L. Yang, J. E. Wittig and R. A. Zuhr, J. Appl. Phys. 76, 708 (1994).
57. H. Hosono and R. A. Zuhr, J. Non-Cryst. Solids 178, 160 (1994).
58. H. Hosono, Y. Ikuhara, Y. Abe and R. A. Weeks, J. Mat. Sci. Lett. 11, 1257 (1992).
59. H. Hosono, H. Fukushima, Y. Abe, R. A. Weeks and R. A. Zuhr, J. Non-Cryst. Solids 143, 157 (1992).
60. H. Hosono, Phys. Rev. Lett. 74, 110 (1995).
61. G. W. Arnold, P. Mazzoldi, L. Tramontin, A. Boscolo-Boscoletto and G. Battaglin, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 279, 285 (1993).
62. P. Mazzoldi, F. Caccavale, E. Cattaruzza, L. Tramontin, A. Boscolo-Boscoletto, R. Bertoncello, F. Trivillin, G. W. Arnold and G. Battaglin, Nucl. Instr. Meth. B91, 505 (1994).
63. R. Bertoncello, F. Trivillin, E. Cattaruzza, P. Mazzoldi, G. W. Arnold, G. Battaglin and M. Catalano, J. Appl. Phys. 77, 1294 (1995).
64. D. M. Trotter, J. W. Schreurs and P. A. Tick, J. Appl. Phys. 53, 4657 (1982).
65. R. Rubbin, J. Appl. Phys. 59, 1355 (1986).
66. P. W. Baumeister, Phys. Rev. 121, 359 (1961).
67. D. C. Reynolds and T. C. Collins, Excitons (Academic Press, New York, 1981).
68. R. A. Weeks, H. Hosono, A. Zuhr, R. H. Magruder, III and H. Mogul, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 152, 115 (1989).
69. D. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, Vol. 1, 2nd edition, eds. D. Briggs and M. P. Seah (Wiley, Chichester, 1990).
70. T. Futagami, Y. Aoki, O. Yoda and S. Nagai, Nucl. Instr. Meth. B88, 261 (1994).
71. J. F. Moulder, W. F. Stickle, P. E. Sobol and K. D. Bomben, Handbook of X-Ray Photoetectron Spectroscopy, ed. J. Chastain (Perkin-Elmer, Eden Praire, 1992).
72. X-Ray Photoelectron Spectroscopy Database, version 1.0 (National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD 1989).
73. G. K. Wertheim, S. B. Di Cenzo and D. N. E. Buchanan, Phys. Rev. B33, 5384 (1986).
74. P. Mazzoldi, F. Caccavale, E. Cattaruzza, A. Boscolo-Boscoletto, R. Bertoncello, A. Glisenti, G. Battaglin and C. Gerardi, Nucl. Instr. Meth. B65, 367 (1992).
75. F. Geotti-Bianchini, P. Polato, S. Lo Russo and P. Mazzoldi, J. Am. Ceram. Soc. 67, 39 (1984).
76. A. Carnera, P. Mazzoldi, A. Boscolo-Boscoletto, F. Caccavale, R. Bertoncello, G. Granozzi, I. Spagnol and G. Battaglin, J. Non-Cryst. Solids 125, 293 (1990).
77. G. W. Arnold and J. A. Borders, J. Appl. Phys. 48, 1488 (1977).
78. P. Mazzoldi, L. Tramontin, A. Boscolo-Boscoletto, G. Battaglin and G. W. Arnold, Nucl. Instr. Meth. B80/81, 1192 (1993).
79. P. Mazzoldi, F. Caccavale, G. Battaglin, A. Boscolo-Boscoletto, F. Priolo and G. W. Arnold, Adv. Mat. 93 IV/Laser and Ion Beam Modifications of Materials, eds. L. Yamada et al. (Elsevier Science, Amsterdam, 1994); Trans. Mat. Res. Soc. Jpn. 17, 597 (1994).
80. F. Caccavale, P. Mazzoldi, L. Tramontin, G. Battaglin and A. Boscolo-Boscoletto, Proc. XVI International Congress on Glass, Vol. 4, eds. A. Durán and J. M. Fernández Navarro (S. E. de Cerámica y Vidrio, Madrid, 1992) p. 205.
81. J. P. Biersack and L. G. Haggmark, Nucl. Instr. Meth. 174, 257 (1980).
82. G. W. Arnold and F. L. Vook, Rad. Effects 14, 157 (1972).
83. N. Matsunami and H. Hosono, Appl. Phys. Lett. 63, 2050 (1993).
84. N. Matsunami and H. Hosono, Nucl. Instr. Meth. B80/81, 1233 (1993).
85. L. C. Nistor, J. van Landuyt, J. D. Barton, D. E. Hole, N. D. Skelland and P. D. Townsend, J. Non-Cryst. Solids 162, 217 (1993).
86. G. W. Arnold, G. Battaglin, A. Boscolo-Boscoletto, F. Caccavale, G. De Marchi, P. Mazzoldi and A. Miotello, Nucl. Instr. Meth. B65, 387 (1992).
87. G. W. Arnold, G. Battaglin, A. Boscolo-Boscoletto, F. Caccavale, G. De Marchi and P. Mazzoldi, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 235, 407 (1992).
88. N. Skelland and P. D. Townsend, Nucl. Instr. Meth. B93, 433 (1994).
89. R. A. Wood, P. D. Townsend, N. D. Skelland, D. E. Hole, J. Barton and C. N. Afonso, J. Appl. Phys. 74, 5754 (1993).
90. R. F. Haglund, Jr., et al., Mat. Res. Soc. Symp. Proc., in press (1995).
91. F. Gonella, A. Quaranta and F. Garrido, Electron. Lett. 31, 968 (1995).
92. P. K. Tien, Rev. Mod. Phys. 49, 361 (1977).
93. F. Caccavale, G. De Marchi, F. Gonella, P. Mazzoldi, C. Meneghini, A. Quaranta, G. W. Arnold, G. Battaglin and G. Mattei, Nucl. Instr. Meth. B96, 382 (1995).
94. R. V. Ramaswamy and R. Srivastava, IEEE J. Lightwave Technol. LT-6, 984 (1988).
95. D. H. Osborne, Jr., R. F. Haglund, Jr., F. Gonella and F. Garrido, Opt. Lett., in press (1996).
96. R. H. Magruder, R. F. Haglund, Jr., L. Yang, J. E. Wittig and R. A. Zuhr, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 244, 369 (1992).
97. R. H. Magruder, J. E. Wittig and R. A. Zuhr, J. Non-Cryst. Solids 163, 162 (1993).
98. R. A. Zuhr, R. H. Magruder, and J. E. Wittig, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 316, 457 (1994).
99. R. H. Magruder, D. H. Osborne, Jr., and R. A. Zuhr, J. Non-Cryst. Solids 176, 299 (1994).
100. R. H. Magruder, D. O. Henderson, S. H. Morgan and R. A. Zuhr, J. Non-Cryst. Solids 152, 258 (1993).
101. D. O. Henderson, R. H. Magruder, S. H. Morgan and R. A. Zuhr, Properties and Characteristics of Optical Glass III, Proc. SPIE, in press (1995).
102. D. W. Hall, M. A. Newhouse, N. F. Borrelli, W. H. Dumbaugh and D. L. Weidman, Appl. Phys. Lett. 54, 1293 (1989).
103. S. Parke and R. S. Webb, Phys. Chem. Solids 34, 85 (1973).
104. J. S. Stroud and J. Lell, J. Am. Ceram. Soc. 54, 554 (1971).
105. A. Paul, Phys. Chem. Glasses 11, 46 (1970).
106. W. T. Doyle, Phys. Rev. 11, 1067 (1958).
107. A. Perez, M. Treilleux, T. Capra and D. L. Griscom, J. Mat. Res. 2, 910 (1987).
108. G. W. Arnold, J. Appl. Phys. 46, 4466 (1975).
109. R. H. Magruder, Li Yang, R. F. Haglund, Jr., C. W. White, Lina Yang, R. Dorsinville and R. R. Alfano, Appl. Phys. Lett. 62, 1730 (1993).
110. P. Roussignol, D. Ricard, K. C. Rustagi and C. Flytzanis, Opt. Commun. 55, 143 (1985).
111. K. Fukumi, A. Chayahara, K. Kadono, T. Sakaguchi, Y. Horino, M. Miya, J. Hayakawa and M. Satou, Jpn. J. Appl. Phys. 30-4B, 742 (1991).
112. K. Fukumi, A. Chayahara, K. Kadono, T. Sakaguchi, Y. Horino, M. Miya, K. Fujii, J. Hayakawa and M. Satou, J. Appl. Phys. 75, 3075 (1994).
113. P. Mazzoldi, A. Boscolo-Boscoletto, G. Battaglin and G. W. Arnold, Advanced Materials in Optics, Electro-Optics and Communication Technology, ed. P. Vincenzini (Techna, Faenza, 1995) p. 149 and G. W. Arnold, G. Battaglin, A. Boscolo-Boscoletto, P. Mazzoldi, and C. Meneghini, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., in press (1996).
114. P. Mazzoldi, A. Boscolo-Boscoletto, G. Battaglin and G. W. Arnold, Advanced Materials in Optics, Electro-Optics and Communication Technology, ed. P. Vincenzini (Techna, Faenza, 1995) p. 149 and G. W. Arnold, G. Battaglin, A. Boscolo-Boscoletto, P. Mazzoldi, and C. Meneghini, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., in press (1996).
115. C. S. White, D. S. Zhou, J. D. Budai, R. A. Zhur, R. H. Magruder, and D. H. Osborne, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 316, 499 (1994).
116. H. Hosono, Y. Y. Suzuki, Y. Abe, Y. L. Lee, K. Oyoshi and S. Tanaka, J. Non-Cryst. Solids 142, 287 (1992).
117. H. Hosono, Y. Abe, Y. L. Lee, T. Tokizaki and A. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 61, 2747 (1992).
118. T. Tagami, K. Oyoshi and S. Tanaka, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 128, 519 (1989) and Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 157, 149 (1990).
119. T. Tagami, K. Oyoshi and S. Tanaka, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 128, 519 (1989) and Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 157, 149 (1990).
120. K. Oyoshi, T. Tagami, K. Yamashita and S. Tanaka, Nucl. Instr. Meth. B59/60, 1324 (1991).
121. Y. Takeda, T. Hioki, T. Motohiro and S. Noda, Nucl. Instr. Meth. B91, 515 (1994).
122. G. L. Zhang, W. H. Liu, F. Xu and W. X. Hu, Appl. Phys. Lett. 61, 2527 (1992).
123. Lina Yang, R. Dorsinville, and R. R. Alfano, Opt. Comm. 104, 107 (1993).
124. D. E. Hole, P. D. Townsend, J. D. Barton, L. C. Nistor and J. Van Landuyt, J. Non-Cryst. Solids 180, 266 (1995).
125. R. H. Magruder, III, and R. A. Zuhr, J. Appl. Phys. 77, 3546 (1995).
126. J. A. Creighton and D. G. Eadon, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 87, 3881 (1991).
127. M. L. Theye and A. G. Devant, Thin Solid Films 4, 205 (1969).
128. G. W. Arnold, IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-20, 220 (1973).
129. H. Hosono, Nucl. Instr. Meth. B65, 375 (1992).
130. R. A. B. Devine, Nucl. Instr. Meth. B91, 378 (1994).
131. W. Nie, Adv. Mat. 5, 520 (1993).
132. B. E. A. Saleh and M. C. Teich, Introduction to Photonics (John Wiley, New York, 1992).
133. Li Yang, R. F. Haglund, Jr., D. H. Osborne et al., Appl. Phys. A, in press (1995).
134. N. F. Borrelli, B. G. Aitken and M. A. Newhouse, J. Non-Cryst. Solids 185, 109 (1995).
135. P. W. E. Smith, reference cited in Saleh and Teich, probably in JQE (1986-1988)
136. R. F. Haglund, Jr., D. H. Osborne and H. Hosono, submitted to Appl. Phys. Lett.
137. A Yariv, Quantum Electronics, 4th edition (New York: John Wiley and Sons, 1989).
138. Li Yang, K. Becker, F. M. Smith, R. H. Magruder, R. F. Haglund, Jr., Lina Yang, R. Dorsinville, R. R. Alfano and R. A. Zhur, J. Opt. Soc. Am. B11, 1 (1994).
139. R. F. Haglund, Jr., D. H. Osborne, L. Yang and H. Hosono, submitted to Appl. Phys. Lett.
140. Y. Takeda, T. Hioki, T. Motohiro and S. Noda, Appl. Phys. Lett. 63, 3420 (1993).