Abstract

We demonstrate the design, fabrication, and characterization of single-mode low-loss waveguides for mid-infrared (MIR) wavelengths. Planar waveguide structures were fabricated from multilayer thin films of arsenic-based chalcogenide glasses followed by the creation of channel waveguides by using the photodarkening effect. Propagation losses as low as 0.5dBcm were measured for a quantum cascade laser end-fire coupled into the waveguides. This is a first step toward the design and fabrication of integrated optical components for MIR applications.

© 2006 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. S. Sanghera, L. B. Shaw, L. E. Busse, V. Q. Nguyen, P. C. Pureza, B. C. Cole, B. B. Harbison, I. D. Aggarwal, R. Mossadegh, F. Kung, D. Talley, D. Roselle, R. Miklos, Fiber Integr. Opt. 19, 251 (2000).
    [CrossRef]
  2. O. Eyal, V. Scharf, S. Shalem, A. Katzir, Opt. Lett. 21, 1147 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. D. Joannopoulos, Y. Fink, Nature 420, 650 (2002).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. M. Beck, D. Hofstetter, T. Aellen, J. Faist, U. Oesterle, M. Ilegems, E. Gini, H. Melchior, Science 295, 301 (2002).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. A. Evans, J. S. Yu, J. David, L. Doris, K. Mi, S. Slivken, M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 84, 314 (2004).
    [CrossRef]
  6. J. Z. Chen, Z. Liu, C. F. Gmachl, Opt. Express 13, 5953 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. A. V. Kolobov, K. Tanaka, in Handbook of Advanced Materials and Devices, H. S. Nalwa, ed. (Academic, 2001), p. 47.
    [CrossRef]
  8. J.-F. Viens, C. Meneghini, A. Villeneuve, T. V. Galstian, E. J. Knystautas, M. A. Duguay, K. A. Richardson, T. Cardinal, J. Lightwave Technol. 17, 1184 (1999).
    [CrossRef]
  9. J. A. Savage, S. Nielsen, Infrared Phys. 5, 195 (1965).
    [CrossRef]
  10. W. L. Wolfe, in The Infrared Handbook, W. L. Wolfe and G. J. Zissis, eds. (ERIM, 1989), p. 7-1.
  11. T. Cardinal, K. A. Richardson, H. Shim, A. Schulte, R. Beatty, K. L. Foulgoc, C. Meneghini, J. F. Viens, A. Villeneuve, J. Non-Cryst. Solids 256&257, 353 (1999).
    [CrossRef]
  12. A. C. van Popta, R. G. DeCorby, C. J. Haugen, T. Robinson, J. N. McMullin, Opt. Express 10, 639 (2002).
    [PubMed]

2005 (1)

2004 (1)

A. Evans, J. S. Yu, J. David, L. Doris, K. Mi, S. Slivken, M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 84, 314 (2004).
[CrossRef]

2002 (3)

B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. D. Joannopoulos, Y. Fink, Nature 420, 650 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

M. Beck, D. Hofstetter, T. Aellen, J. Faist, U. Oesterle, M. Ilegems, E. Gini, H. Melchior, Science 295, 301 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

A. C. van Popta, R. G. DeCorby, C. J. Haugen, T. Robinson, J. N. McMullin, Opt. Express 10, 639 (2002).
[PubMed]

2000 (1)

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, L. E. Busse, V. Q. Nguyen, P. C. Pureza, B. C. Cole, B. B. Harbison, I. D. Aggarwal, R. Mossadegh, F. Kung, D. Talley, D. Roselle, R. Miklos, Fiber Integr. Opt. 19, 251 (2000).
[CrossRef]

1999 (2)

T. Cardinal, K. A. Richardson, H. Shim, A. Schulte, R. Beatty, K. L. Foulgoc, C. Meneghini, J. F. Viens, A. Villeneuve, J. Non-Cryst. Solids 256&257, 353 (1999).
[CrossRef]

J.-F. Viens, C. Meneghini, A. Villeneuve, T. V. Galstian, E. J. Knystautas, M. A. Duguay, K. A. Richardson, T. Cardinal, J. Lightwave Technol. 17, 1184 (1999).
[CrossRef]

1996 (1)

1965 (1)

J. A. Savage, S. Nielsen, Infrared Phys. 5, 195 (1965).
[CrossRef]

Aellen, T.

M. Beck, D. Hofstetter, T. Aellen, J. Faist, U. Oesterle, M. Ilegems, E. Gini, H. Melchior, Science 295, 301 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Aggarwal, I. D.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, L. E. Busse, V. Q. Nguyen, P. C. Pureza, B. C. Cole, B. B. Harbison, I. D. Aggarwal, R. Mossadegh, F. Kung, D. Talley, D. Roselle, R. Miklos, Fiber Integr. Opt. 19, 251 (2000).
[CrossRef]

Beatty, R.

T. Cardinal, K. A. Richardson, H. Shim, A. Schulte, R. Beatty, K. L. Foulgoc, C. Meneghini, J. F. Viens, A. Villeneuve, J. Non-Cryst. Solids 256&257, 353 (1999).
[CrossRef]

Beck, M.

M. Beck, D. Hofstetter, T. Aellen, J. Faist, U. Oesterle, M. Ilegems, E. Gini, H. Melchior, Science 295, 301 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Benoit, G.

B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. D. Joannopoulos, Y. Fink, Nature 420, 650 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Busse, L. E.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, L. E. Busse, V. Q. Nguyen, P. C. Pureza, B. C. Cole, B. B. Harbison, I. D. Aggarwal, R. Mossadegh, F. Kung, D. Talley, D. Roselle, R. Miklos, Fiber Integr. Opt. 19, 251 (2000).
[CrossRef]

Cardinal, T.

T. Cardinal, K. A. Richardson, H. Shim, A. Schulte, R. Beatty, K. L. Foulgoc, C. Meneghini, J. F. Viens, A. Villeneuve, J. Non-Cryst. Solids 256&257, 353 (1999).
[CrossRef]

J.-F. Viens, C. Meneghini, A. Villeneuve, T. V. Galstian, E. J. Knystautas, M. A. Duguay, K. A. Richardson, T. Cardinal, J. Lightwave Technol. 17, 1184 (1999).
[CrossRef]

Chen, J. Z.

Cole, B. C.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, L. E. Busse, V. Q. Nguyen, P. C. Pureza, B. C. Cole, B. B. Harbison, I. D. Aggarwal, R. Mossadegh, F. Kung, D. Talley, D. Roselle, R. Miklos, Fiber Integr. Opt. 19, 251 (2000).
[CrossRef]

David, J.

A. Evans, J. S. Yu, J. David, L. Doris, K. Mi, S. Slivken, M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 84, 314 (2004).
[CrossRef]

DeCorby, R. G.

Doris, L.

A. Evans, J. S. Yu, J. David, L. Doris, K. Mi, S. Slivken, M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 84, 314 (2004).
[CrossRef]

Duguay, M. A.

Evans, A.

A. Evans, J. S. Yu, J. David, L. Doris, K. Mi, S. Slivken, M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 84, 314 (2004).
[CrossRef]

Eyal, O.

Faist, J.

M. Beck, D. Hofstetter, T. Aellen, J. Faist, U. Oesterle, M. Ilegems, E. Gini, H. Melchior, Science 295, 301 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Fink, Y.

B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. D. Joannopoulos, Y. Fink, Nature 420, 650 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Foulgoc, K. L.

T. Cardinal, K. A. Richardson, H. Shim, A. Schulte, R. Beatty, K. L. Foulgoc, C. Meneghini, J. F. Viens, A. Villeneuve, J. Non-Cryst. Solids 256&257, 353 (1999).
[CrossRef]

Galstian, T. V.

Gini, E.

M. Beck, D. Hofstetter, T. Aellen, J. Faist, U. Oesterle, M. Ilegems, E. Gini, H. Melchior, Science 295, 301 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Gmachl, C. F.

Harbison, B. B.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, L. E. Busse, V. Q. Nguyen, P. C. Pureza, B. C. Cole, B. B. Harbison, I. D. Aggarwal, R. Mossadegh, F. Kung, D. Talley, D. Roselle, R. Miklos, Fiber Integr. Opt. 19, 251 (2000).
[CrossRef]

Hart, S. D.

B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. D. Joannopoulos, Y. Fink, Nature 420, 650 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Haugen, C. J.

Hofstetter, D.

M. Beck, D. Hofstetter, T. Aellen, J. Faist, U. Oesterle, M. Ilegems, E. Gini, H. Melchior, Science 295, 301 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Ilegems, M.

M. Beck, D. Hofstetter, T. Aellen, J. Faist, U. Oesterle, M. Ilegems, E. Gini, H. Melchior, Science 295, 301 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Joannopoulos, J. D.

B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. D. Joannopoulos, Y. Fink, Nature 420, 650 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Katzir, A.

Knystautas, E. J.

Kolobov, A. V.

A. V. Kolobov, K. Tanaka, in Handbook of Advanced Materials and Devices, H. S. Nalwa, ed. (Academic, 2001), p. 47.
[CrossRef]

Kung, F.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, L. E. Busse, V. Q. Nguyen, P. C. Pureza, B. C. Cole, B. B. Harbison, I. D. Aggarwal, R. Mossadegh, F. Kung, D. Talley, D. Roselle, R. Miklos, Fiber Integr. Opt. 19, 251 (2000).
[CrossRef]

Liu, Z.

McMullin, J. N.

Melchior, H.

M. Beck, D. Hofstetter, T. Aellen, J. Faist, U. Oesterle, M. Ilegems, E. Gini, H. Melchior, Science 295, 301 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Meneghini, C.

T. Cardinal, K. A. Richardson, H. Shim, A. Schulte, R. Beatty, K. L. Foulgoc, C. Meneghini, J. F. Viens, A. Villeneuve, J. Non-Cryst. Solids 256&257, 353 (1999).
[CrossRef]

J.-F. Viens, C. Meneghini, A. Villeneuve, T. V. Galstian, E. J. Knystautas, M. A. Duguay, K. A. Richardson, T. Cardinal, J. Lightwave Technol. 17, 1184 (1999).
[CrossRef]

Mi, K.

A. Evans, J. S. Yu, J. David, L. Doris, K. Mi, S. Slivken, M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 84, 314 (2004).
[CrossRef]

Miklos, R.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, L. E. Busse, V. Q. Nguyen, P. C. Pureza, B. C. Cole, B. B. Harbison, I. D. Aggarwal, R. Mossadegh, F. Kung, D. Talley, D. Roselle, R. Miklos, Fiber Integr. Opt. 19, 251 (2000).
[CrossRef]

Mossadegh, R.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, L. E. Busse, V. Q. Nguyen, P. C. Pureza, B. C. Cole, B. B. Harbison, I. D. Aggarwal, R. Mossadegh, F. Kung, D. Talley, D. Roselle, R. Miklos, Fiber Integr. Opt. 19, 251 (2000).
[CrossRef]

Nguyen, V. Q.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, L. E. Busse, V. Q. Nguyen, P. C. Pureza, B. C. Cole, B. B. Harbison, I. D. Aggarwal, R. Mossadegh, F. Kung, D. Talley, D. Roselle, R. Miklos, Fiber Integr. Opt. 19, 251 (2000).
[CrossRef]

Nielsen, S.

J. A. Savage, S. Nielsen, Infrared Phys. 5, 195 (1965).
[CrossRef]

Oesterle, U.

M. Beck, D. Hofstetter, T. Aellen, J. Faist, U. Oesterle, M. Ilegems, E. Gini, H. Melchior, Science 295, 301 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Pureza, P. C.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, L. E. Busse, V. Q. Nguyen, P. C. Pureza, B. C. Cole, B. B. Harbison, I. D. Aggarwal, R. Mossadegh, F. Kung, D. Talley, D. Roselle, R. Miklos, Fiber Integr. Opt. 19, 251 (2000).
[CrossRef]

Razeghi, M.

A. Evans, J. S. Yu, J. David, L. Doris, K. Mi, S. Slivken, M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 84, 314 (2004).
[CrossRef]

Richardson, K. A.

J.-F. Viens, C. Meneghini, A. Villeneuve, T. V. Galstian, E. J. Knystautas, M. A. Duguay, K. A. Richardson, T. Cardinal, J. Lightwave Technol. 17, 1184 (1999).
[CrossRef]

T. Cardinal, K. A. Richardson, H. Shim, A. Schulte, R. Beatty, K. L. Foulgoc, C. Meneghini, J. F. Viens, A. Villeneuve, J. Non-Cryst. Solids 256&257, 353 (1999).
[CrossRef]

Robinson, T.

Roselle, D.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, L. E. Busse, V. Q. Nguyen, P. C. Pureza, B. C. Cole, B. B. Harbison, I. D. Aggarwal, R. Mossadegh, F. Kung, D. Talley, D. Roselle, R. Miklos, Fiber Integr. Opt. 19, 251 (2000).
[CrossRef]

Sanghera, J. S.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, L. E. Busse, V. Q. Nguyen, P. C. Pureza, B. C. Cole, B. B. Harbison, I. D. Aggarwal, R. Mossadegh, F. Kung, D. Talley, D. Roselle, R. Miklos, Fiber Integr. Opt. 19, 251 (2000).
[CrossRef]

Savage, J. A.

J. A. Savage, S. Nielsen, Infrared Phys. 5, 195 (1965).
[CrossRef]

Scharf, V.

Schulte, A.

T. Cardinal, K. A. Richardson, H. Shim, A. Schulte, R. Beatty, K. L. Foulgoc, C. Meneghini, J. F. Viens, A. Villeneuve, J. Non-Cryst. Solids 256&257, 353 (1999).
[CrossRef]

Shalem, S.

Shaw, L. B.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, L. E. Busse, V. Q. Nguyen, P. C. Pureza, B. C. Cole, B. B. Harbison, I. D. Aggarwal, R. Mossadegh, F. Kung, D. Talley, D. Roselle, R. Miklos, Fiber Integr. Opt. 19, 251 (2000).
[CrossRef]

Shim, H.

T. Cardinal, K. A. Richardson, H. Shim, A. Schulte, R. Beatty, K. L. Foulgoc, C. Meneghini, J. F. Viens, A. Villeneuve, J. Non-Cryst. Solids 256&257, 353 (1999).
[CrossRef]

Slivken, S.

A. Evans, J. S. Yu, J. David, L. Doris, K. Mi, S. Slivken, M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 84, 314 (2004).
[CrossRef]

Talley, D.

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, L. E. Busse, V. Q. Nguyen, P. C. Pureza, B. C. Cole, B. B. Harbison, I. D. Aggarwal, R. Mossadegh, F. Kung, D. Talley, D. Roselle, R. Miklos, Fiber Integr. Opt. 19, 251 (2000).
[CrossRef]

Tanaka, K.

A. V. Kolobov, K. Tanaka, in Handbook of Advanced Materials and Devices, H. S. Nalwa, ed. (Academic, 2001), p. 47.
[CrossRef]

Temelkuran, B.

B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. D. Joannopoulos, Y. Fink, Nature 420, 650 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

van Popta, A. C.

Viens, J. F.

T. Cardinal, K. A. Richardson, H. Shim, A. Schulte, R. Beatty, K. L. Foulgoc, C. Meneghini, J. F. Viens, A. Villeneuve, J. Non-Cryst. Solids 256&257, 353 (1999).
[CrossRef]

Viens, J.-F.

Villeneuve, A.

J.-F. Viens, C. Meneghini, A. Villeneuve, T. V. Galstian, E. J. Knystautas, M. A. Duguay, K. A. Richardson, T. Cardinal, J. Lightwave Technol. 17, 1184 (1999).
[CrossRef]

T. Cardinal, K. A. Richardson, H. Shim, A. Schulte, R. Beatty, K. L. Foulgoc, C. Meneghini, J. F. Viens, A. Villeneuve, J. Non-Cryst. Solids 256&257, 353 (1999).
[CrossRef]

Wolfe, W. L.

W. L. Wolfe, in The Infrared Handbook, W. L. Wolfe and G. J. Zissis, eds. (ERIM, 1989), p. 7-1.

Yu, J. S.

A. Evans, J. S. Yu, J. David, L. Doris, K. Mi, S. Slivken, M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 84, 314 (2004).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

A. Evans, J. S. Yu, J. David, L. Doris, K. Mi, S. Slivken, M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 84, 314 (2004).
[CrossRef]

Fiber Integr. Opt. (1)

J. S. Sanghera, L. B. Shaw, L. E. Busse, V. Q. Nguyen, P. C. Pureza, B. C. Cole, B. B. Harbison, I. D. Aggarwal, R. Mossadegh, F. Kung, D. Talley, D. Roselle, R. Miklos, Fiber Integr. Opt. 19, 251 (2000).
[CrossRef]

Infrared Phys. (1)

J. A. Savage, S. Nielsen, Infrared Phys. 5, 195 (1965).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol. (1)

J. Non-Cryst. Solids (1)

T. Cardinal, K. A. Richardson, H. Shim, A. Schulte, R. Beatty, K. L. Foulgoc, C. Meneghini, J. F. Viens, A. Villeneuve, J. Non-Cryst. Solids 256&257, 353 (1999).
[CrossRef]

Nature (1)

B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. D. Joannopoulos, Y. Fink, Nature 420, 650 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (1)

Science (1)

M. Beck, D. Hofstetter, T. Aellen, J. Faist, U. Oesterle, M. Ilegems, E. Gini, H. Melchior, Science 295, 301 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Other (2)

A. V. Kolobov, K. Tanaka, in Handbook of Advanced Materials and Devices, H. S. Nalwa, ed. (Academic, 2001), p. 47.
[CrossRef]

W. L. Wolfe, in The Infrared Handbook, W. L. Wolfe and G. J. Zissis, eds. (ERIM, 1989), p. 7-1.

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 (4)

Fig. 1
Fig. 1

Multilayer film and channel waveguide. (a) Schematic diagram of multilayer film channel waveguide after deposition and laser writing. (b) SEM cross-section image of the film, with thickness of each layer. (c) Optical microscope image of channel waveguide.

Fig. 2
Fig. 2

Calculated TE mode profile for the planar multilayer waveguide structure at λ = 8.4 μ m .

Fig. 3
Fig. 3

(a) Near-field image of output of channel waveguide taken with IR camera. (b) Intensity profile in lateral dimension (points) and Gaussian fit (solid curve).

Fig. 4
Fig. 4

Propagation loss measurement for TE polarization (squares) and TM polarization (triangles).

Metrics