Abstract

The emission and transmission properties of realistic photonic-band-structure woodpile lattices are investigated by use of a scattering-matrix treatment. Lattices with three to nine layers are studied, and the results are interpreted with band-structure calculations for an infinite lattice. Calculations of the total radiative loss rate for a source within the lattice show that these structures can provide significant inhibition of emission, with values as low as 3% of the free-space value in the nine-layer structure.

© 2000 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. K. M. Ho, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, R. Biswas, and M. Sigalas, Solid State Commun. 89, 413 (1994).
    [CrossRef]
  3. H. S. Sozuer and J. P. Dowling, J. Mod. Opt. 41, 231 (1994).
    [CrossRef]
  4. S. Fan, P. R. Villeneuve, R. D. Meade, and J. D. Joannopoulos, Appl. Phys. Lett. 65, 1466 (1994).
    [CrossRef]
  5. E. Özbay, A. Abeyta, G. Tuttle, M. Tringides, R. Biswas, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, and K. M. Ho, Phys. Rev. B 50, 1945 (1994).
    [CrossRef]
  6. S. Y. Lin, J. G. Fleming, D. L. Hetherington, B. K. Smith, R. Biswas, K. M. Ho, M. M. Sigalas, W. Zubrzycki, S. R. Kurtz, and J. Bur, Nature (London) 394, 251 (1998).
    [CrossRef]
  7. J. G. Fleming and S.-Y. Lin, Opt. Lett. 24, 49 (1999).
    [CrossRef]
  8. D. M. Whittaker and I. S. Culshaw, Phys. Rev. B 60, 2610 (1999).
    [CrossRef]
  9. J. B. Pendry and A. Mackinnon, Phys. Rev. Lett. 69, 2772 (1992).
    [CrossRef] [PubMed]

1999 (2)

D. M. Whittaker and I. S. Culshaw, Phys. Rev. B 60, 2610 (1999).
[CrossRef]

J. G. Fleming and S.-Y. Lin, Opt. Lett. 24, 49 (1999).
[CrossRef]

1998 (1)

S. Y. Lin, J. G. Fleming, D. L. Hetherington, B. K. Smith, R. Biswas, K. M. Ho, M. M. Sigalas, W. Zubrzycki, S. R. Kurtz, and J. Bur, Nature (London) 394, 251 (1998).
[CrossRef]

1994 (4)

K. M. Ho, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, R. Biswas, and M. Sigalas, Solid State Commun. 89, 413 (1994).
[CrossRef]

H. S. Sozuer and J. P. Dowling, J. Mod. Opt. 41, 231 (1994).
[CrossRef]

S. Fan, P. R. Villeneuve, R. D. Meade, and J. D. Joannopoulos, Appl. Phys. Lett. 65, 1466 (1994).
[CrossRef]

E. Özbay, A. Abeyta, G. Tuttle, M. Tringides, R. Biswas, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, and K. M. Ho, Phys. Rev. B 50, 1945 (1994).
[CrossRef]

1992 (1)

J. B. Pendry and A. Mackinnon, Phys. Rev. Lett. 69, 2772 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

1987 (1)

E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Abeyta, A.

E. Özbay, A. Abeyta, G. Tuttle, M. Tringides, R. Biswas, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, and K. M. Ho, Phys. Rev. B 50, 1945 (1994).
[CrossRef]

Biswas, R.

S. Y. Lin, J. G. Fleming, D. L. Hetherington, B. K. Smith, R. Biswas, K. M. Ho, M. M. Sigalas, W. Zubrzycki, S. R. Kurtz, and J. Bur, Nature (London) 394, 251 (1998).
[CrossRef]

K. M. Ho, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, R. Biswas, and M. Sigalas, Solid State Commun. 89, 413 (1994).
[CrossRef]

E. Özbay, A. Abeyta, G. Tuttle, M. Tringides, R. Biswas, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, and K. M. Ho, Phys. Rev. B 50, 1945 (1994).
[CrossRef]

Bur, J.

S. Y. Lin, J. G. Fleming, D. L. Hetherington, B. K. Smith, R. Biswas, K. M. Ho, M. M. Sigalas, W. Zubrzycki, S. R. Kurtz, and J. Bur, Nature (London) 394, 251 (1998).
[CrossRef]

Chan, C. T.

K. M. Ho, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, R. Biswas, and M. Sigalas, Solid State Commun. 89, 413 (1994).
[CrossRef]

E. Özbay, A. Abeyta, G. Tuttle, M. Tringides, R. Biswas, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, and K. M. Ho, Phys. Rev. B 50, 1945 (1994).
[CrossRef]

Culshaw, I. S.

D. M. Whittaker and I. S. Culshaw, Phys. Rev. B 60, 2610 (1999).
[CrossRef]

Dowling, J. P.

H. S. Sozuer and J. P. Dowling, J. Mod. Opt. 41, 231 (1994).
[CrossRef]

Fan, S.

S. Fan, P. R. Villeneuve, R. D. Meade, and J. D. Joannopoulos, Appl. Phys. Lett. 65, 1466 (1994).
[CrossRef]

Fleming, J. G.

J. G. Fleming and S.-Y. Lin, Opt. Lett. 24, 49 (1999).
[CrossRef]

S. Y. Lin, J. G. Fleming, D. L. Hetherington, B. K. Smith, R. Biswas, K. M. Ho, M. M. Sigalas, W. Zubrzycki, S. R. Kurtz, and J. Bur, Nature (London) 394, 251 (1998).
[CrossRef]

Hetherington, D. L.

S. Y. Lin, J. G. Fleming, D. L. Hetherington, B. K. Smith, R. Biswas, K. M. Ho, M. M. Sigalas, W. Zubrzycki, S. R. Kurtz, and J. Bur, Nature (London) 394, 251 (1998).
[CrossRef]

Ho, K. M.

S. Y. Lin, J. G. Fleming, D. L. Hetherington, B. K. Smith, R. Biswas, K. M. Ho, M. M. Sigalas, W. Zubrzycki, S. R. Kurtz, and J. Bur, Nature (London) 394, 251 (1998).
[CrossRef]

K. M. Ho, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, R. Biswas, and M. Sigalas, Solid State Commun. 89, 413 (1994).
[CrossRef]

E. Özbay, A. Abeyta, G. Tuttle, M. Tringides, R. Biswas, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, and K. M. Ho, Phys. Rev. B 50, 1945 (1994).
[CrossRef]

Joannopoulos, J. D.

S. Fan, P. R. Villeneuve, R. D. Meade, and J. D. Joannopoulos, Appl. Phys. Lett. 65, 1466 (1994).
[CrossRef]

Kurtz, S. R.

S. Y. Lin, J. G. Fleming, D. L. Hetherington, B. K. Smith, R. Biswas, K. M. Ho, M. M. Sigalas, W. Zubrzycki, S. R. Kurtz, and J. Bur, Nature (London) 394, 251 (1998).
[CrossRef]

Lin, S. Y.

S. Y. Lin, J. G. Fleming, D. L. Hetherington, B. K. Smith, R. Biswas, K. M. Ho, M. M. Sigalas, W. Zubrzycki, S. R. Kurtz, and J. Bur, Nature (London) 394, 251 (1998).
[CrossRef]

Lin, S.-Y.

Mackinnon, A.

J. B. Pendry and A. Mackinnon, Phys. Rev. Lett. 69, 2772 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

Meade, R. D.

S. Fan, P. R. Villeneuve, R. D. Meade, and J. D. Joannopoulos, Appl. Phys. Lett. 65, 1466 (1994).
[CrossRef]

Özbay, E.

E. Özbay, A. Abeyta, G. Tuttle, M. Tringides, R. Biswas, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, and K. M. Ho, Phys. Rev. B 50, 1945 (1994).
[CrossRef]

Pendry, J. B.

J. B. Pendry and A. Mackinnon, Phys. Rev. Lett. 69, 2772 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

Sigalas, M.

K. M. Ho, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, R. Biswas, and M. Sigalas, Solid State Commun. 89, 413 (1994).
[CrossRef]

Sigalas, M. M.

S. Y. Lin, J. G. Fleming, D. L. Hetherington, B. K. Smith, R. Biswas, K. M. Ho, M. M. Sigalas, W. Zubrzycki, S. R. Kurtz, and J. Bur, Nature (London) 394, 251 (1998).
[CrossRef]

Smith, B. K.

S. Y. Lin, J. G. Fleming, D. L. Hetherington, B. K. Smith, R. Biswas, K. M. Ho, M. M. Sigalas, W. Zubrzycki, S. R. Kurtz, and J. Bur, Nature (London) 394, 251 (1998).
[CrossRef]

Soukoulis, C. M.

K. M. Ho, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, R. Biswas, and M. Sigalas, Solid State Commun. 89, 413 (1994).
[CrossRef]

E. Özbay, A. Abeyta, G. Tuttle, M. Tringides, R. Biswas, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, and K. M. Ho, Phys. Rev. B 50, 1945 (1994).
[CrossRef]

Sozuer, H. S.

H. S. Sozuer and J. P. Dowling, J. Mod. Opt. 41, 231 (1994).
[CrossRef]

Tringides, M.

E. Özbay, A. Abeyta, G. Tuttle, M. Tringides, R. Biswas, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, and K. M. Ho, Phys. Rev. B 50, 1945 (1994).
[CrossRef]

Tuttle, G.

E. Özbay, A. Abeyta, G. Tuttle, M. Tringides, R. Biswas, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, and K. M. Ho, Phys. Rev. B 50, 1945 (1994).
[CrossRef]

Villeneuve, P. R.

S. Fan, P. R. Villeneuve, R. D. Meade, and J. D. Joannopoulos, Appl. Phys. Lett. 65, 1466 (1994).
[CrossRef]

Whittaker, D. M.

D. M. Whittaker and I. S. Culshaw, Phys. Rev. B 60, 2610 (1999).
[CrossRef]

Yablonovitch, E.

E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Zubrzycki, W.

S. Y. Lin, J. G. Fleming, D. L. Hetherington, B. K. Smith, R. Biswas, K. M. Ho, M. M. Sigalas, W. Zubrzycki, S. R. Kurtz, and J. Bur, Nature (London) 394, 251 (1998).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

S. Fan, P. R. Villeneuve, R. D. Meade, and J. D. Joannopoulos, Appl. Phys. Lett. 65, 1466 (1994).
[CrossRef]

J. Mod. Opt. (1)

H. S. Sozuer and J. P. Dowling, J. Mod. Opt. 41, 231 (1994).
[CrossRef]

Nature (London) (1)

S. Y. Lin, J. G. Fleming, D. L. Hetherington, B. K. Smith, R. Biswas, K. M. Ho, M. M. Sigalas, W. Zubrzycki, S. R. Kurtz, and J. Bur, Nature (London) 394, 251 (1998).
[CrossRef]

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. B (2)

D. M. Whittaker and I. S. Culshaw, Phys. Rev. B 60, 2610 (1999).
[CrossRef]

E. Özbay, A. Abeyta, G. Tuttle, M. Tringides, R. Biswas, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, and K. M. Ho, Phys. Rev. B 50, 1945 (1994).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (2)

E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

J. B. Pendry and A. Mackinnon, Phys. Rev. Lett. 69, 2772 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

Solid State Commun. (1)

K. M. Ho, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, R. Biswas, and M. Sigalas, Solid State Commun. 89, 413 (1994).
[CrossRef]

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

Calculated photonic band structure for the woodpile lattice, along the ΓWLKXΓ path. The insets show (left) this path marked on the fct Brillouin zone and (right) a schematic of the woodpile structure. The dashed lines indicate the extrema of the complete bandgap.

Fig. 2
Fig. 2

Theoretical reflectivity spectra for unpolarized light normally incident in the stacking ΓX direction on woodpiles with different numbers of layers. The numerals adjacent to the curves indicate the number of layers. The solid and the dashed arrows are the positions of the edges of the complete gap and the gap in the ΓX direction, respectively. The inset compares the minimum value in the dip (theory) with the experimental results of Ref. 6.

Fig. 3
Fig. 3

Calculated integrated emission rate as a percentage of the free-space emission for a dipole in woodpiles with three, five, and seven layers. The arrows are the positions of the edges of the complete gap from the band-structure calculation. The inset shows the minimum emission rate in the gap as a function of the number of layers.

Metrics