By presenting a theoretical steady-state rate equation analysis, we demonstrate an efficient optical power limiting in a fullerene system, which can be attributed to a reverse saturable absorption mechanism. The limiting behavior, characterized by means of the sample’s transmittance, is explained via the population redistribution among singlet and triplet levels. In addition, the effects of intersystem crossing and reverse intersystem crossing rates on the limiting behavior are investigated. Our numerical results show how these rates alter the optical limiting performance; indeed, the intersystem crossing has a constructive role in decreasing the optical limiting threshold. In addition, a theoretical investigation of the z-scan technique is employed to further characterize the power limiting properties.

1.
S.
Hughes
and
B. S.
Wherrett
,
Phys. Rev. A
54
,
3546
(
1996
).
2.
G. S.
He
,
P. P.
Markowicz
,
T.
Lin
, and
P. N.
Prasad
,
Nature
415
,
767
(
2002
).
3.
N.
Venkatram
,
R. D.
Narayana
, and
M. A.
Akundi
,
Opt. Express
13
,
867
(
2005
).
4.
J. C.
Liu
,
C. K.
Wang
, and
F.
Gelmukhanov
,
Phys. Rev. A
76
,
053804
(
2007
).
5.
C. K.
Wang
,
J. C.
Liu
,
K.
Zhao
,
Y. P.
Sun
, and
Y.
Luo
,
J. Opt. Soc. Am. B
24
,
2436
(
2007
).
6.
C. K.
Wang
,
P.
Zhao
,
Q.
Miao
,
Y. P.
Sun
, and
Y.
Zhou
,
J. Phys. B
43
,
105601
(
2010
).
7.
J. H.
Zhu
,
Y. X.
Li
,
Y.
Chen
,
J.
Wang
,
B.
Zhang
,
J. J.
Zhang
, and
W. J.
Blau
,
Carbon
49
,
1900
(
2011
).
8.
Y.
Xiong
,
L.
Yan
,
J.
Si
,
W.
Yi
,
W.
Ding
,
W.
Tan
,
X.
Liu
,
F.
Chen
, and
X.
Hou
,
J. Appl. Phys.
115
,
083111
(
2014
).
9.
Y. J.
Zhang
,
W. J.
Yang
,
J. Z.
Fan
,
Y. Z.
Song
, and
C. K.
Wang
,
Chin. J. Chem. Phys.
28
,
257
(
2015
).
10.
K. J.
McEwan
,
P. K.
Milsom
, and
D. B.
James
,
Proc. SPIE
3472
,
42
(
1998
).
11.
V.
Joudrier
,
P.
Bourdon
,
F.
Hache
, and
C.
Flytzanis
,
Appl. Phys. B
70
,
105
(
2000
).
12.
L.
Huang
,
C.
Zheng
,
Q. H.
Guo
,
D. D.
Huang
,
X. K.
Wu
, and
L.
Chen
,
Opt. Mater.
76
,
335
(
2018
).
13.
A. A.
Said
,
M.
Sheik-Bahae
,
D. J.
Hagan
,
T. H.
Wei
,
J.
Wang
,
J.
Young
, and
E. W.
Van Stryland
,
J. Opt. Soc. Am. B
9
,
405
(
1992
).
14.
K.
Sanusi
,
S.
Khene
, and
T.
Nyokong
,
Opt. Mater.
37
,
572
(
2014
).
15.
S.
Gavrilyuk
,
S.
Polyutov
,
P. C.
Jha
,
Z.
Rinkevicius
,
H.
Agren
, and
F.
Gelmukhanov
,
J. Phys. Chem. A
111
,
11961
(
2007
).
16.
A.
Eriksson
,
K.
Bertlisson
, and
M.
Lindgren
,
Synth. Met.
127
,
147
(
2002
).
17.
I.
Polyzos
,
G.
Tsigaridas
,
M.
Fakis
,
V.
Giannetas
,
P.
Persephonis
, and
J.
Mikroyannidis
,
Chem. Phys. Lett.
369
,
264
(
2003
).
18.
I. C.
Khoo
,
A.
Diaz
, and
J.
Ding
,
J. Opt. Soc. Am. B
21
,
1234
(
2004
).
19.
L. W.
Tutt
and
T. F.
Boggess
,
Prog. Quantum Electron.
17
,
299
(
1993
).
20.
T. F.
Boggess
,
G. R.
Allan
,
S. J.
Rychnovsky
,
D. R.
Labergerie
,
C. H.
Venzke
,
A. L.
Smirl
,
L. W.
Tutt
,
A. R.
Kost
,
S. W.
McCahon
, and
M. B.
Klein
,
Opt. Eng.
32
,
1063
(
1993
).
21.
T.
Xia
,
D. J.
Hagan
,
A.
Dogariu
,
A. A.
Said
, and
E. W.
Van Stryland
,
Appl. Opt.
36
,
4110
(
1997
).
22.
K.
McEwan
,
K.
Lewis
,
G. Y.
Yang
,
L. L.
Chng
,
Y. W.
Lee
,
W. P.
Lau
, and
K. S.
Lai
,
Adv. Funct. Mater.
13
,
863
(
2003
).
23.
H.
Lundén
,
E.
Glimsdal
,
M.
Lindgren
, and
C.
Lopes
,
Opt. Eng.
57
,
030802
(
2018
).
24.
L.
Vivien
,
P.
Lancon
,
D.
Riehl
,
F.
Hache
, and
E.
Anglaret
,
Carbon
40
,
1789
(
2002
).
25.
M. S.
Golden
,
M.
Knupfer
,
J.
Fink
,
J. F.
Armbruster
,
T. R.
Cummins
,
H. A.
Romberg
,
M.
Roth
,
M.
Sing
,
M.
Schmidt
, and
E.
Sohmen
,
J. Phys. Condens. Matter
7
,
8219
(
1995
).
26.
L. W.
Tutt
and
A.
Kost
,
Nature
356
,
225
(
1992
).
27.
D.
Kim
,
M.
Lee
,
Y. D.
Suh
, and
S. K.
Kim
,
J. Am. Chem. Soc.
114
,
4429
(
1992
).
28.
S .R.
Mishra
,
H. S.
Rawat
, and
S. C.
Mehendale
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
46
(
1997
).
29.
S. S.
Harilal
,
C. V.
Bindhu
,
V. P.
Nampoori
, and
C. P.
Vallabhan
,
J. Appl. Phys.
86
,
1388
(
1999
).
30.
J. E.
Riggs
and
Y. P.
Sun
,
J. Chem. Phys.
112
,
4221
(
2000
).
31.
C. V.
Bindhu
,
S. S.
Harilal
,
V. P. N.
Nampoori
, and
C. P. G.
Vallabhan
,
Appl. Phys. B
70
,
429
(
2000
).
32.
X.
Ouyang
,
H.
Zeng
, and
W.
Ji
,
J. Phys. Chem. B
113
,
14565
(
2009
).
33.
H.
Lundén
,
D.
Pitrat
,
J. C.
Mulatier
,
C.
Monnereau
,
I
Minda
,
A.
Liotta
,
P.
Chábera
,
D. K.
Hopen
,
C.
Lopes
,
S.
Parola
, and
T.
Pullerits
,
Inorganics
7
,
126
(
2019
).
34.
M.
Sheik-Bahae
,
A. A.
Said
, and
E. W.
Van Stryland
,
Opt. Lett.
14
,
955
(
1989
).
35.
M.
Sheik-Bahae
,
A. A.
Said
,
T.
Wei
,
D.
Hagan
, and
E. W.
Van Stryland
,
J. Quantum Electron.
26
,
760
(
1990
).
36.
P. B.
Chapple
,
J.
Staromlynska
,
J. A.
Hermann
,
T. J.
Mckay
, and
R. G.
McDuff
,
J. Non Opt. Phys. Mat.
6
,
251
(
1997
).
37.
T.
Hashimoto
,
T.
Yamamoto
,
T.
Kato
,
H.
Nasu
, and
J.
Kamiya
,
J. Appl. Phys.
90
(
2
),
533
(
2001
).
38.
S. A.
Tereshchenko
,
M. S.
Savelyev
,
V. M.
Podgaetsky
,
A. Y.
Gerasimenko
, and
S. V.
Selishchev
,
J. Appl. Phys.
120
(
9
),
093109
(
2016
).
39.
Y.
Kajii
,
T.
Nahagawa
,
S.
Suzuki
,
Y.
Achiba
,
K.
Obi
, and
K.
Shibuya
,
Chem. Phys. Lett.
181
,
100
(
1991
).
40.
D. K.
Palit
,
A. V.
Sapre
,
J. P.
Mittal
, and
C. N. R
Rao
,
Chem. Phys. Lett.
195
,
1
(
1992
).
41.
J.
Barroso
,
A.
Costela
,
I. G.
Moreno
, and
J. L.
Saiz
,
J. Phys. Chem. A
102
,
2527
(
1998
).
42.
S. V.
Rao
,
D. N.
Rao
,
J. A.
Akkara
,
B. S.
DeCristofano
, and
D. V. G. L. N.
Rao
,
Chem. Phys. Lett.
297
,
491
(
1998
).
43.
I. M.
Belousova
,
D. A.
Videnichev
,
I. M.
Kislyakov
,
T. K.
Krisko
,
N. N.
Rozhkova
, and
S. S.
Rozhkov
,
Opt. Mater. Express
5
,
169
(
2015
).
44.
S.
Hughes
,
G.
Spruce
,
B. S.
Wherrett
,
K. R.
Welford
, and
A. D.
Lloyd
,
Opt. Commun.
100
,
113
(
1993
).
45.
X.
Deng
,
X.
Zhang
,
Y.
Wang
,
Y.
Song
,
S.
Liu
, and
C.
Li
,
Opt. Commun.
168
,
207
(
1999
).
You do not currently have access to this content.