Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 1711-1715 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:0198700220120171100

Femtosecond and coherent effects in bulk CdSe and CdSexS 1-x doped glasses

N. Peyghambarian et S.W. Koch

Optical Sciences Center, University of Arizona, Tucson, AZ 85721, U.S.A.

Abstract
Bulk CdSe and microcrystallites of CdSexS1- x embedded in a glass matrix are studied using femtosecond laser techniques. The ultrafast dynamics of the photogenerated carriers are measured. Spectral hole burning due to creation of a non-thermal carrier population is observed in both types of materials. The carrier recombination lifetime is measured. Coherent interaction between the probe pulse and the polarization induced in the material as a result of band-to-band excitation by pump pulse is observed. This coherent effect manifests itself as oscillations in the frequency spectrum for very early times when the probe precedes the pump. A semiclassical theory is developed to analyse the observed behaviour. It calculates the transmission spectrum of a weak probe pulse which interacts with the pump-induced polarization of the medium. Qualitative agreement between theory and experiment is obtained.

Résumé
Le CdSe solide et les microcristaux de CdSexS1- x en matrice vitreuse sont étudiés au moyen de techniques laser femtosecondes. La dynamique ultrarapide des porteurs photo-générés est mesurée. La saturation locale spectrale due à la création d'une population de porteurs non thermalisée est observée dans les deux types de matériau. La durée de vie de recombinaison des porteurs est mesurée. L'interaction cohérente entre l'impulsion sonde et la polarisation induite dans le milieu due à l'excitation bande à bande par l'impulsion pompe est observée. Cet effet cohérent se manifeste sous forme d'oscillations dans le spectre de fréquence pour les temps du début quand la sonde précède la pompe. Une théorie semi-classique est développée pour analyser le comportement observé. Elle permet de calculer le spectre de transmission d'une impulsion sonde faible qui interagit avec la polarisation du milieu induite par la pompe. Un accord qualitatif entre la théorie et l'expérience est obtenu.

PACS
4265G - Optical transient phenomena, self induced transparency, optical saturation and related effects.
7220J - Charge carriers: generation, recombination, lifetime, and trapping semiconductors/insulators.
7845 - Stimulated emission condensed matter.

Key words
cadmium compounds -- chalcogenide glasses -- electron hole recombination -- II VI semiconductors -- optical hole burning -- spectral hole burning -- frequency spectrum oscillations -- nonthermal carrier population -- coherent interaction -- femtosecond laser techniques -- ultrafast dynamics -- photogenerated carriers -- carrier recombination lifetime -- probe pulse -- polarization -- band to band excitation -- pump pulse