Abstract

Interference of 1.48-μm light in multimode interference waveguides is made visible by imaging green and infrared upconversion luminescence from Er3+ ions dispersed in the waveguide. A two-dimensional mode density image can be derived from the data and agrees well with mode calculations for this structure. This new technique provides an interesting tool for the study of optical mode distributions in complicated waveguide structures and photonic band-gap materials.

© 1996 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. E. Yablonovitch, J. Opt. Soc. Am. B 11, 283 (1993).
    [CrossRef]
  2. E. Snoeks, A. Lagendijk, A. Polman, Phys. Rev. Lett. 74, 2459 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. S. Hüfner, Optical Spectra of Transparent Rare-Earth Compounds (Academic, New York, 1980).
  4. G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, C. van Dam, J. W. M. van Uffelen, M. K. Smit, J. Appl. Phys. 79, 1258 (1996).
    [CrossRef]
  5. E. C. M. Pennings, R. J. Deri, A. Scherer, R. Bhat, T. R. Hayes, N. C. Andreadakis, M. K. Smit, L. B. Soldano, R. J. Hawkins, Appl. Phys. Lett. 59, 1926 (1991).
  6. R. Adar, C. H. Henry, R. F. Kazarinov, R. C. Kistler, G. R. Weber, J. Lightwave Technol. 10, 46 (1992).
    [CrossRef]
  7. R. M. Jenkins, J. M. Heaton, D. R. Wight, J. T. Parker, J. C. H. Birbeck, G. W. Smith, K. P. Hilton, Appl. Phys. Lett. 64, 684 (1994).
    [CrossRef]
  8. M. Bachmann, P. A. Besse, H. Melchoir, Appl. Opt. 33, 3905 (1994).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. L. B. Soldano, E. C. M. Pennings, J. Lightwave Technol. 13, 615 (1995), and references therein.
    [CrossRef]
  10. M. K. Smit, G. A. Acket, C. J. van der Laan, Thin Solid Films Electron. Opt. 138, 171 (1986).
  11. M. K. Smit, “Integrated optics in silicon-based aluminium oxide,” Ph.D. dissertation (Optics Laboratory, Department of Applied Physics, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands, 1991).
  12. G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, J. W. M. van Uffelen, Y. S. Oei, M. K. Smit, Appl. Phys. Lett. 62, 3065 (1993).
    [CrossRef]

1996

G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, C. van Dam, J. W. M. van Uffelen, M. K. Smit, J. Appl. Phys. 79, 1258 (1996).
[CrossRef]

1995

E. Snoeks, A. Lagendijk, A. Polman, Phys. Rev. Lett. 74, 2459 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

L. B. Soldano, E. C. M. Pennings, J. Lightwave Technol. 13, 615 (1995), and references therein.
[CrossRef]

1994

R. M. Jenkins, J. M. Heaton, D. R. Wight, J. T. Parker, J. C. H. Birbeck, G. W. Smith, K. P. Hilton, Appl. Phys. Lett. 64, 684 (1994).
[CrossRef]

M. Bachmann, P. A. Besse, H. Melchoir, Appl. Opt. 33, 3905 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

1993

G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, J. W. M. van Uffelen, Y. S. Oei, M. K. Smit, Appl. Phys. Lett. 62, 3065 (1993).
[CrossRef]

E. Yablonovitch, J. Opt. Soc. Am. B 11, 283 (1993).
[CrossRef]

1992

R. Adar, C. H. Henry, R. F. Kazarinov, R. C. Kistler, G. R. Weber, J. Lightwave Technol. 10, 46 (1992).
[CrossRef]

1991

E. C. M. Pennings, R. J. Deri, A. Scherer, R. Bhat, T. R. Hayes, N. C. Andreadakis, M. K. Smit, L. B. Soldano, R. J. Hawkins, Appl. Phys. Lett. 59, 1926 (1991).

1986

M. K. Smit, G. A. Acket, C. J. van der Laan, Thin Solid Films Electron. Opt. 138, 171 (1986).

Acket, G. A.

M. K. Smit, G. A. Acket, C. J. van der Laan, Thin Solid Films Electron. Opt. 138, 171 (1986).

Adar, R.

R. Adar, C. H. Henry, R. F. Kazarinov, R. C. Kistler, G. R. Weber, J. Lightwave Technol. 10, 46 (1992).
[CrossRef]

Andreadakis, N. C.

E. C. M. Pennings, R. J. Deri, A. Scherer, R. Bhat, T. R. Hayes, N. C. Andreadakis, M. K. Smit, L. B. Soldano, R. J. Hawkins, Appl. Phys. Lett. 59, 1926 (1991).

Bachmann, M.

Besse, P. A.

Bhat, R.

E. C. M. Pennings, R. J. Deri, A. Scherer, R. Bhat, T. R. Hayes, N. C. Andreadakis, M. K. Smit, L. B. Soldano, R. J. Hawkins, Appl. Phys. Lett. 59, 1926 (1991).

Birbeck, J. C. H.

R. M. Jenkins, J. M. Heaton, D. R. Wight, J. T. Parker, J. C. H. Birbeck, G. W. Smith, K. P. Hilton, Appl. Phys. Lett. 64, 684 (1994).
[CrossRef]

Deri, R. J.

E. C. M. Pennings, R. J. Deri, A. Scherer, R. Bhat, T. R. Hayes, N. C. Andreadakis, M. K. Smit, L. B. Soldano, R. J. Hawkins, Appl. Phys. Lett. 59, 1926 (1991).

Hawkins, R. J.

E. C. M. Pennings, R. J. Deri, A. Scherer, R. Bhat, T. R. Hayes, N. C. Andreadakis, M. K. Smit, L. B. Soldano, R. J. Hawkins, Appl. Phys. Lett. 59, 1926 (1991).

Hayes, T. R.

E. C. M. Pennings, R. J. Deri, A. Scherer, R. Bhat, T. R. Hayes, N. C. Andreadakis, M. K. Smit, L. B. Soldano, R. J. Hawkins, Appl. Phys. Lett. 59, 1926 (1991).

Heaton, J. M.

R. M. Jenkins, J. M. Heaton, D. R. Wight, J. T. Parker, J. C. H. Birbeck, G. W. Smith, K. P. Hilton, Appl. Phys. Lett. 64, 684 (1994).
[CrossRef]

Henry, C. H.

R. Adar, C. H. Henry, R. F. Kazarinov, R. C. Kistler, G. R. Weber, J. Lightwave Technol. 10, 46 (1992).
[CrossRef]

Hilton, K. P.

R. M. Jenkins, J. M. Heaton, D. R. Wight, J. T. Parker, J. C. H. Birbeck, G. W. Smith, K. P. Hilton, Appl. Phys. Lett. 64, 684 (1994).
[CrossRef]

Hüfner, S.

S. Hüfner, Optical Spectra of Transparent Rare-Earth Compounds (Academic, New York, 1980).

Jenkins, R. M.

R. M. Jenkins, J. M. Heaton, D. R. Wight, J. T. Parker, J. C. H. Birbeck, G. W. Smith, K. P. Hilton, Appl. Phys. Lett. 64, 684 (1994).
[CrossRef]

Kazarinov, R. F.

R. Adar, C. H. Henry, R. F. Kazarinov, R. C. Kistler, G. R. Weber, J. Lightwave Technol. 10, 46 (1992).
[CrossRef]

Kistler, R. C.

R. Adar, C. H. Henry, R. F. Kazarinov, R. C. Kistler, G. R. Weber, J. Lightwave Technol. 10, 46 (1992).
[CrossRef]

Lagendijk, A.

E. Snoeks, A. Lagendijk, A. Polman, Phys. Rev. Lett. 74, 2459 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Melchoir, H.

Oei, Y. S.

G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, J. W. M. van Uffelen, Y. S. Oei, M. K. Smit, Appl. Phys. Lett. 62, 3065 (1993).
[CrossRef]

Parker, J. T.

R. M. Jenkins, J. M. Heaton, D. R. Wight, J. T. Parker, J. C. H. Birbeck, G. W. Smith, K. P. Hilton, Appl. Phys. Lett. 64, 684 (1994).
[CrossRef]

Pennings, E. C. M.

L. B. Soldano, E. C. M. Pennings, J. Lightwave Technol. 13, 615 (1995), and references therein.
[CrossRef]

E. C. M. Pennings, R. J. Deri, A. Scherer, R. Bhat, T. R. Hayes, N. C. Andreadakis, M. K. Smit, L. B. Soldano, R. J. Hawkins, Appl. Phys. Lett. 59, 1926 (1991).

Polman, A.

G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, C. van Dam, J. W. M. van Uffelen, M. K. Smit, J. Appl. Phys. 79, 1258 (1996).
[CrossRef]

E. Snoeks, A. Lagendijk, A. Polman, Phys. Rev. Lett. 74, 2459 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, J. W. M. van Uffelen, Y. S. Oei, M. K. Smit, Appl. Phys. Lett. 62, 3065 (1993).
[CrossRef]

Scherer, A.

E. C. M. Pennings, R. J. Deri, A. Scherer, R. Bhat, T. R. Hayes, N. C. Andreadakis, M. K. Smit, L. B. Soldano, R. J. Hawkins, Appl. Phys. Lett. 59, 1926 (1991).

Smit, M. K.

G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, C. van Dam, J. W. M. van Uffelen, M. K. Smit, J. Appl. Phys. 79, 1258 (1996).
[CrossRef]

G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, J. W. M. van Uffelen, Y. S. Oei, M. K. Smit, Appl. Phys. Lett. 62, 3065 (1993).
[CrossRef]

E. C. M. Pennings, R. J. Deri, A. Scherer, R. Bhat, T. R. Hayes, N. C. Andreadakis, M. K. Smit, L. B. Soldano, R. J. Hawkins, Appl. Phys. Lett. 59, 1926 (1991).

M. K. Smit, G. A. Acket, C. J. van der Laan, Thin Solid Films Electron. Opt. 138, 171 (1986).

M. K. Smit, “Integrated optics in silicon-based aluminium oxide,” Ph.D. dissertation (Optics Laboratory, Department of Applied Physics, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands, 1991).

Smith, G. W.

R. M. Jenkins, J. M. Heaton, D. R. Wight, J. T. Parker, J. C. H. Birbeck, G. W. Smith, K. P. Hilton, Appl. Phys. Lett. 64, 684 (1994).
[CrossRef]

Snoeks, E.

G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, C. van Dam, J. W. M. van Uffelen, M. K. Smit, J. Appl. Phys. 79, 1258 (1996).
[CrossRef]

E. Snoeks, A. Lagendijk, A. Polman, Phys. Rev. Lett. 74, 2459 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, J. W. M. van Uffelen, Y. S. Oei, M. K. Smit, Appl. Phys. Lett. 62, 3065 (1993).
[CrossRef]

Soldano, L. B.

L. B. Soldano, E. C. M. Pennings, J. Lightwave Technol. 13, 615 (1995), and references therein.
[CrossRef]

E. C. M. Pennings, R. J. Deri, A. Scherer, R. Bhat, T. R. Hayes, N. C. Andreadakis, M. K. Smit, L. B. Soldano, R. J. Hawkins, Appl. Phys. Lett. 59, 1926 (1991).

van Dam, C.

G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, C. van Dam, J. W. M. van Uffelen, M. K. Smit, J. Appl. Phys. 79, 1258 (1996).
[CrossRef]

van den Hoven, G. N.

G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, C. van Dam, J. W. M. van Uffelen, M. K. Smit, J. Appl. Phys. 79, 1258 (1996).
[CrossRef]

G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, J. W. M. van Uffelen, Y. S. Oei, M. K. Smit, Appl. Phys. Lett. 62, 3065 (1993).
[CrossRef]

van der Laan, C. J.

M. K. Smit, G. A. Acket, C. J. van der Laan, Thin Solid Films Electron. Opt. 138, 171 (1986).

van Uffelen, J. W. M.

G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, C. van Dam, J. W. M. van Uffelen, M. K. Smit, J. Appl. Phys. 79, 1258 (1996).
[CrossRef]

G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, J. W. M. van Uffelen, Y. S. Oei, M. K. Smit, Appl. Phys. Lett. 62, 3065 (1993).
[CrossRef]

Weber, G. R.

R. Adar, C. H. Henry, R. F. Kazarinov, R. C. Kistler, G. R. Weber, J. Lightwave Technol. 10, 46 (1992).
[CrossRef]

Wight, D. R.

R. M. Jenkins, J. M. Heaton, D. R. Wight, J. T. Parker, J. C. H. Birbeck, G. W. Smith, K. P. Hilton, Appl. Phys. Lett. 64, 684 (1994).
[CrossRef]

Yablonovitch, E.

E. Yablonovitch, J. Opt. Soc. Am. B 11, 283 (1993).
[CrossRef]

Appl. Opt.

Appl. Phys. Lett.

G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, J. W. M. van Uffelen, Y. S. Oei, M. K. Smit, Appl. Phys. Lett. 62, 3065 (1993).
[CrossRef]

E. C. M. Pennings, R. J. Deri, A. Scherer, R. Bhat, T. R. Hayes, N. C. Andreadakis, M. K. Smit, L. B. Soldano, R. J. Hawkins, Appl. Phys. Lett. 59, 1926 (1991).

R. M. Jenkins, J. M. Heaton, D. R. Wight, J. T. Parker, J. C. H. Birbeck, G. W. Smith, K. P. Hilton, Appl. Phys. Lett. 64, 684 (1994).
[CrossRef]

J. Appl. Phys.

G. N. van den Hoven, E. Snoeks, A. Polman, C. van Dam, J. W. M. van Uffelen, M. K. Smit, J. Appl. Phys. 79, 1258 (1996).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol.

L. B. Soldano, E. C. M. Pennings, J. Lightwave Technol. 13, 615 (1995), and references therein.
[CrossRef]

R. Adar, C. H. Henry, R. F. Kazarinov, R. C. Kistler, G. R. Weber, J. Lightwave Technol. 10, 46 (1992).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B

E. Yablonovitch, J. Opt. Soc. Am. B 11, 283 (1993).
[CrossRef]

Opt.

M. K. Smit, G. A. Acket, C. J. van der Laan, Thin Solid Films Electron. Opt. 138, 171 (1986).

Phys. Rev. Lett.

E. Snoeks, A. Lagendijk, A. Polman, Phys. Rev. Lett. 74, 2459 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Other

S. Hüfner, Optical Spectra of Transparent Rare-Earth Compounds (Academic, New York, 1980).

M. K. Smit, “Integrated optics in silicon-based aluminium oxide,” Ph.D. dissertation (Optics Laboratory, Department of Applied Physics, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands, 1991).

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 (3)

Fig. 1
Fig. 1

Er3+ energy-level diagram showing (a) excitation of Er3+ by absorption of a 1.48-μm photon, (b) cooperative upconversion from the first excited state, giving rise to emission at 980 nm, and (c) cooperative upconversion from the second excited state, giving rise to emission around 540 nm.

Fig. 2
Fig. 2

Schematic of an Er-implanted Al2O3 MMI waveguide. The 21-μm-wide multimode section is center fed by a 2-μm-wide input waveguide. The refractive indices n of the layers are indicated together with the Er depth profile.

Fig. 3
Fig. 3

Line scans of the luminescence intensity around (a) 540 nm and (b) 980 nm (all shown as dots), measured at positions in the waveguide showing 1, 2, 3, and 4 maxima (arrows in Plate I). Calculations of the luminescence intensities are shown as solid curves.

Equations (2)

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

E ( x , y , z , t ) = ½ E ( y ) { exp [ i ( ω t - β z ) ] + c . c . } ,
L = ( 3 L π / 4 ) / N ,

Metrics