Abstract

We demonstrate propagation losses of less than 0.8dBμm in a metal slot waveguide on silicon with a predicted confinement substantially below the optical wavelength (1.55μm). We also show compact and efficient coupling of the high-confinement metal slot waveguide with a standard silicon dielectric waveguide with a coupling efficiency of approximately 2.5dB per facet.

© 2006 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. S. A. Maier, P. G. Kik, H. A. Atwater, S. Meltzer, E. Harel, B. E. Koel, and A. A. G. Requicha, Nat. Mater. 2, 229-232 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. J. Takahara, S. Yamaguchi, H. Taki, A. Morimoto, and T. Kobayashi, Opt. Lett. 22, 475 (1997).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. J. C. Weeber, Y. Lacroute, and A. Dereux, Phys. Rev. B 68, 115401 (2003).
    [CrossRef]
  4. R. Zia, M. D. Selker, P. B. Catrysse, and M. L. Brongersma, J. Opt. Soc. Am. A 21, 2442 (2004).
    [CrossRef]
  5. K. Tanaka and M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 82, 1158 (2005).
    [CrossRef]
  6. L. Liu, Z. Han, and S. He, Opt. Express 13, 6645 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. G. Veronis and S. Fan, Opt. Lett. 30, 3359 (2005).
    [CrossRef]
  8. G. Veronis and S. Fan, Appl. Phys. Lett. 87, 131102 (2005).
    [CrossRef]
  9. B. Wang and G. Wang, Appl. Phys. Lett. 87, 013107 (2005).
    [CrossRef]
  10. S. I. Bozhevolnyi, V. S. Volkov, E. Devaux, J. Laluet, and T. W. Ebbesen, Nature 440, 508 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. D. F. P. Pile, T. Ogawa, D. K. Gramotnev, Y. Matsuzaki, K. C. Vernon, K. Yamaguchi, T. Okamoto, M. Haraguchi, and M. Fukui, Appl. Phys. Lett. 87, 261114 (2005).
    [CrossRef]
  12. P. Ginzburg, D. Arbel, and M. Orenstein, in Conference on Lasers and Electro-optics (Optical Society of America, 2005), paper CWN5.
  13. C. L. Xu, W. P. Huang, M. S. Stern, and S. K. Chaudhuri, IEE Proc.: Optoelectron. 141, 281 (1994).
    [CrossRef]
  14. M. I. Stockman, Phys. Rev. Lett. 93, 137404 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. D. K. Gramotnev, J. Appl. Phys. 98, 104302 (2005).
    [CrossRef]
  16. V. R. Almeida, R. R. Panepucci, and M. Lipson, Opt. Lett. 28, 1302 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]

2006

S. I. Bozhevolnyi, V. S. Volkov, E. Devaux, J. Laluet, and T. W. Ebbesen, Nature 440, 508 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

2005

D. F. P. Pile, T. Ogawa, D. K. Gramotnev, Y. Matsuzaki, K. C. Vernon, K. Yamaguchi, T. Okamoto, M. Haraguchi, and M. Fukui, Appl. Phys. Lett. 87, 261114 (2005).
[CrossRef]

D. K. Gramotnev, J. Appl. Phys. 98, 104302 (2005).
[CrossRef]

K. Tanaka and M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 82, 1158 (2005).
[CrossRef]

L. Liu, Z. Han, and S. He, Opt. Express 13, 6645 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

G. Veronis and S. Fan, Opt. Lett. 30, 3359 (2005).
[CrossRef]

G. Veronis and S. Fan, Appl. Phys. Lett. 87, 131102 (2005).
[CrossRef]

B. Wang and G. Wang, Appl. Phys. Lett. 87, 013107 (2005).
[CrossRef]

2004

2003

V. R. Almeida, R. R. Panepucci, and M. Lipson, Opt. Lett. 28, 1302 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

J. C. Weeber, Y. Lacroute, and A. Dereux, Phys. Rev. B 68, 115401 (2003).
[CrossRef]

S. A. Maier, P. G. Kik, H. A. Atwater, S. Meltzer, E. Harel, B. E. Koel, and A. A. G. Requicha, Nat. Mater. 2, 229-232 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

1997

1994

C. L. Xu, W. P. Huang, M. S. Stern, and S. K. Chaudhuri, IEE Proc.: Optoelectron. 141, 281 (1994).
[CrossRef]

Almeida, V. R.

Arbel, D.

P. Ginzburg, D. Arbel, and M. Orenstein, in Conference on Lasers and Electro-optics (Optical Society of America, 2005), paper CWN5.

Atwater, H. A.

S. A. Maier, P. G. Kik, H. A. Atwater, S. Meltzer, E. Harel, B. E. Koel, and A. A. G. Requicha, Nat. Mater. 2, 229-232 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Bozhevolnyi, S. I.

S. I. Bozhevolnyi, V. S. Volkov, E. Devaux, J. Laluet, and T. W. Ebbesen, Nature 440, 508 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Brongersma, M. L.

Catrysse, P. B.

Chaudhuri, S. K.

C. L. Xu, W. P. Huang, M. S. Stern, and S. K. Chaudhuri, IEE Proc.: Optoelectron. 141, 281 (1994).
[CrossRef]

Dereux, A.

J. C. Weeber, Y. Lacroute, and A. Dereux, Phys. Rev. B 68, 115401 (2003).
[CrossRef]

Devaux, E.

S. I. Bozhevolnyi, V. S. Volkov, E. Devaux, J. Laluet, and T. W. Ebbesen, Nature 440, 508 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Ebbesen, T. W.

S. I. Bozhevolnyi, V. S. Volkov, E. Devaux, J. Laluet, and T. W. Ebbesen, Nature 440, 508 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Fan, S.

G. Veronis and S. Fan, Appl. Phys. Lett. 87, 131102 (2005).
[CrossRef]

G. Veronis and S. Fan, Opt. Lett. 30, 3359 (2005).
[CrossRef]

Fukui, M.

D. F. P. Pile, T. Ogawa, D. K. Gramotnev, Y. Matsuzaki, K. C. Vernon, K. Yamaguchi, T. Okamoto, M. Haraguchi, and M. Fukui, Appl. Phys. Lett. 87, 261114 (2005).
[CrossRef]

Ginzburg, P.

P. Ginzburg, D. Arbel, and M. Orenstein, in Conference on Lasers and Electro-optics (Optical Society of America, 2005), paper CWN5.

Gramotnev, D. K.

D. F. P. Pile, T. Ogawa, D. K. Gramotnev, Y. Matsuzaki, K. C. Vernon, K. Yamaguchi, T. Okamoto, M. Haraguchi, and M. Fukui, Appl. Phys. Lett. 87, 261114 (2005).
[CrossRef]

D. K. Gramotnev, J. Appl. Phys. 98, 104302 (2005).
[CrossRef]

Han, Z.

Haraguchi, M.

D. F. P. Pile, T. Ogawa, D. K. Gramotnev, Y. Matsuzaki, K. C. Vernon, K. Yamaguchi, T. Okamoto, M. Haraguchi, and M. Fukui, Appl. Phys. Lett. 87, 261114 (2005).
[CrossRef]

Harel, E.

S. A. Maier, P. G. Kik, H. A. Atwater, S. Meltzer, E. Harel, B. E. Koel, and A. A. G. Requicha, Nat. Mater. 2, 229-232 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

He, S.

Huang, W. P.

C. L. Xu, W. P. Huang, M. S. Stern, and S. K. Chaudhuri, IEE Proc.: Optoelectron. 141, 281 (1994).
[CrossRef]

Kik, P. G.

S. A. Maier, P. G. Kik, H. A. Atwater, S. Meltzer, E. Harel, B. E. Koel, and A. A. G. Requicha, Nat. Mater. 2, 229-232 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Kobayashi, T.

Koel, B. E.

S. A. Maier, P. G. Kik, H. A. Atwater, S. Meltzer, E. Harel, B. E. Koel, and A. A. G. Requicha, Nat. Mater. 2, 229-232 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Lacroute, Y.

J. C. Weeber, Y. Lacroute, and A. Dereux, Phys. Rev. B 68, 115401 (2003).
[CrossRef]

Laluet, J.

S. I. Bozhevolnyi, V. S. Volkov, E. Devaux, J. Laluet, and T. W. Ebbesen, Nature 440, 508 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Lipson, M.

Liu, L.

Maier, S. A.

S. A. Maier, P. G. Kik, H. A. Atwater, S. Meltzer, E. Harel, B. E. Koel, and A. A. G. Requicha, Nat. Mater. 2, 229-232 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Matsuzaki, Y.

D. F. P. Pile, T. Ogawa, D. K. Gramotnev, Y. Matsuzaki, K. C. Vernon, K. Yamaguchi, T. Okamoto, M. Haraguchi, and M. Fukui, Appl. Phys. Lett. 87, 261114 (2005).
[CrossRef]

Meltzer, S.

S. A. Maier, P. G. Kik, H. A. Atwater, S. Meltzer, E. Harel, B. E. Koel, and A. A. G. Requicha, Nat. Mater. 2, 229-232 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Morimoto, A.

Ogawa, T.

D. F. P. Pile, T. Ogawa, D. K. Gramotnev, Y. Matsuzaki, K. C. Vernon, K. Yamaguchi, T. Okamoto, M. Haraguchi, and M. Fukui, Appl. Phys. Lett. 87, 261114 (2005).
[CrossRef]

Okamoto, T.

D. F. P. Pile, T. Ogawa, D. K. Gramotnev, Y. Matsuzaki, K. C. Vernon, K. Yamaguchi, T. Okamoto, M. Haraguchi, and M. Fukui, Appl. Phys. Lett. 87, 261114 (2005).
[CrossRef]

Orenstein, M.

P. Ginzburg, D. Arbel, and M. Orenstein, in Conference on Lasers and Electro-optics (Optical Society of America, 2005), paper CWN5.

Panepucci, R. R.

Pile, D. F. P.

D. F. P. Pile, T. Ogawa, D. K. Gramotnev, Y. Matsuzaki, K. C. Vernon, K. Yamaguchi, T. Okamoto, M. Haraguchi, and M. Fukui, Appl. Phys. Lett. 87, 261114 (2005).
[CrossRef]

Requicha, A. A. G.

S. A. Maier, P. G. Kik, H. A. Atwater, S. Meltzer, E. Harel, B. E. Koel, and A. A. G. Requicha, Nat. Mater. 2, 229-232 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Selker, M. D.

Stern, M. S.

C. L. Xu, W. P. Huang, M. S. Stern, and S. K. Chaudhuri, IEE Proc.: Optoelectron. 141, 281 (1994).
[CrossRef]

Stockman, M. I.

M. I. Stockman, Phys. Rev. Lett. 93, 137404 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Takahara, J.

Taki, H.

Tanaka, K.

K. Tanaka and M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 82, 1158 (2005).
[CrossRef]

Tanaka, M.

K. Tanaka and M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 82, 1158 (2005).
[CrossRef]

Vernon, K. C.

D. F. P. Pile, T. Ogawa, D. K. Gramotnev, Y. Matsuzaki, K. C. Vernon, K. Yamaguchi, T. Okamoto, M. Haraguchi, and M. Fukui, Appl. Phys. Lett. 87, 261114 (2005).
[CrossRef]

Veronis, G.

G. Veronis and S. Fan, Opt. Lett. 30, 3359 (2005).
[CrossRef]

G. Veronis and S. Fan, Appl. Phys. Lett. 87, 131102 (2005).
[CrossRef]

Volkov, V. S.

S. I. Bozhevolnyi, V. S. Volkov, E. Devaux, J. Laluet, and T. W. Ebbesen, Nature 440, 508 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Wang, B.

B. Wang and G. Wang, Appl. Phys. Lett. 87, 013107 (2005).
[CrossRef]

Wang, G.

B. Wang and G. Wang, Appl. Phys. Lett. 87, 013107 (2005).
[CrossRef]

Weeber, J. C.

J. C. Weeber, Y. Lacroute, and A. Dereux, Phys. Rev. B 68, 115401 (2003).
[CrossRef]

Xu, C. L.

C. L. Xu, W. P. Huang, M. S. Stern, and S. K. Chaudhuri, IEE Proc.: Optoelectron. 141, 281 (1994).
[CrossRef]

Yamaguchi, K.

D. F. P. Pile, T. Ogawa, D. K. Gramotnev, Y. Matsuzaki, K. C. Vernon, K. Yamaguchi, T. Okamoto, M. Haraguchi, and M. Fukui, Appl. Phys. Lett. 87, 261114 (2005).
[CrossRef]

Yamaguchi, S.

Zia, R.

Appl. Phys. Lett.

K. Tanaka and M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 82, 1158 (2005).
[CrossRef]

G. Veronis and S. Fan, Appl. Phys. Lett. 87, 131102 (2005).
[CrossRef]

B. Wang and G. Wang, Appl. Phys. Lett. 87, 013107 (2005).
[CrossRef]

D. F. P. Pile, T. Ogawa, D. K. Gramotnev, Y. Matsuzaki, K. C. Vernon, K. Yamaguchi, T. Okamoto, M. Haraguchi, and M. Fukui, Appl. Phys. Lett. 87, 261114 (2005).
[CrossRef]

IEE Proc.: Optoelectron.

C. L. Xu, W. P. Huang, M. S. Stern, and S. K. Chaudhuri, IEE Proc.: Optoelectron. 141, 281 (1994).
[CrossRef]

J. Appl. Phys.

D. K. Gramotnev, J. Appl. Phys. 98, 104302 (2005).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. A

Nat. Mater.

S. A. Maier, P. G. Kik, H. A. Atwater, S. Meltzer, E. Harel, B. E. Koel, and A. A. G. Requicha, Nat. Mater. 2, 229-232 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Nature

S. I. Bozhevolnyi, V. S. Volkov, E. Devaux, J. Laluet, and T. W. Ebbesen, Nature 440, 508 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Express

Opt. Lett.

Phys. Rev. B

J. C. Weeber, Y. Lacroute, and A. Dereux, Phys. Rev. B 68, 115401 (2003).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett.

M. I. Stockman, Phys. Rev. Lett. 93, 137404 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Other

P. Ginzburg, D. Arbel, and M. Orenstein, in Conference on Lasers and Electro-optics (Optical Society of America, 2005), paper CWN5.

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

(a) Schematics and (b) E x , mode profile of the metal slot waveguide with a 150 nm wide silicon core.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Schematic and (b) microscope image of the metal slot integrated with a dielectric silicon wire waveguide. (c) FDTD simulation of the coupling loss versus the taper length for the 150 nm wide slot. Inset, E x , field distribution of the taper coupler for various taper lengths L t as indicated by the arrows: (1) 325 nm , (2) 450 nm , and (3) 575 nm .

Fig. 3
Fig. 3

(a) Normalized transmitted power versus length of the metal slot waveguide for a slot width of 150 nm . (b) Theoretical and experimental propagation losses for several slot waveguides with different slot widths.

Metrics