Giant birefringence and dichroism induced by ultrafast laser pulses in hydrogenated amorphous silicon

Abstract

A femto- and picosecond laser assisted periodic nanostructuring of hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) is demonstrated. The grating structure with the subwavelength modulation of refractive index shows form birefringence (Δn ≈ −0.6) which is two orders of magnitude higher than commonly observed in uniaxial crystals and femtosecond laser nanostructured silica glass. The laser-induced giant birefringence and dichroism in a-Si:H film introduce extra dimensions to the polarization sensitive laser writing with applications that include data storage, security marking, and flat optics.

Polarization sensitive anisotropic structuring of silicon by ultrashort light pulses

“…6 The interaction of ultrashort light pulses with materials is defined by multiple parameters, among which polarization plays a significant roles. 7 In particular, the formation of polarization dependent selfassembled periodic nanostructures is commonly observed, either within bulk [8][9][10][11] or on surface, 12,13 in the experiments of ultrafast laser direct writing. Another manifestation of the polarization is the anisotropy of near-field distribution produced by the interaction of linearly polarized beam with subwavelength structures, which can be revealed via imprinting in photosensitive polymer 14 or ablation of gold nanoparticles.…”

Анизотропия Оптических, Электрических И Фотоэлектрических Свойств Модифицированных Фемтосекундным Лазерным Облучением Пленок Аморфного Гидрогенизированного Кремния

“…Пленки нанокристаллического гидрогенизированного кремния (nc-Si : H) используются для создания на их основе тонкопленочных солнечных элементов, полевых транзисторов [1], а также тонких оптических элементов, называемых метаповерхностями [2,3]. Одной из широ-ко применяемых методик получения пленок nc-Si : H, позволяющей формировать их на " низкотемператур-ных" подложках, является метод лазерной кристаллиза-ции пленок аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si : H) [4].…”

“…При этом на поверхности пленки формируется " микрометровая" периодическая структура с периодом, соизмеримым с шириной лазерного пучка и/или шага сканирования, составляющих, как правило, единицы или десятки мик-рометров. Помимо этого, проведенные в работе [3] исследования показали, что при фемтосекундной лазер-ной кристаллизации a-Si : H на поверхности пленки воз-можно формирование " нанометровой" периодической структуры, не связанной со сканированием поверхно-сти пленки a-Si : H лазерным пучком. Авторы [3] по-казали, что структура поверхности модифицированной фемтосекундным лазерным излучением пленки a-Si : H существенно зависит от использованной интенсивности лазерного пучка.…”

“…Помимо этого, проведенные в работе [3] исследования показали, что при фемтосекундной лазер-ной кристаллизации a-Si : H на поверхности пленки воз-можно формирование " нанометровой" периодической структуры, не связанной со сканированием поверхно-сти пленки a-Si : H лазерным пучком. Авторы [3] по-казали, что структура поверхности модифицированной фемтосекундным лазерным излучением пленки a-Si : H существенно зависит от использованной интенсивности лазерного пучка. При этом в некотором интервале интенсивностей лазерных импульсов формируется пе-риодическая структура с периодом 200−300 nm в на-правлении, совпадающим с направлением поляризации использованного лазерного излучения.…”

Laser material processing with tightly focused cylindrical vector beams

“…The irradiation with pulse energies below 150 nJ were ensured to induce the nanocrystalline type of modification without ablation in amorphous silicon. 26,27 In total, the 21 sets of dots were imprinted by a single pulse irradiation of radially or azimuthally polarized beams at different focusing depths ranging from À10 lm to 10 lm (0.5 lm step), relative to the substrate surface (Fig. 4).…”