Abstract

We demonstrate group-index engineering in a one-dimensional periodic silicon structure consisting of a deep-etched laterally corrugated waveguide with circular holes patterned onto its wide section. Our theoretical analysis, supported by experimental results, shows that the first-order optical mode can propagate inside the Brillouin zone with a relatively high group index over a wide frequency range. Nearly constant group index as high as 13.5 over a wavelength range of ~14nm is experimentally demonstrated in a 50-μm-long waveguide.

© 2010 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. H. Gersen, T. J. Karle, R. J. P. Engelsen, W. Boa, J. P. Korterik, N. F. van Hulst, T. F. Krauss, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 94, 073903 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. Y. A. Vlasov, M. O’Boyle, H. F. Hammann, and S. J. McNab, Nature 438, 65 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. F. Xia, L. Sekaric, and Y. Vlasov, Nat. Photon. 1, 65 (2007).
    [CrossRef]
  4. M. Soljacic and J. D. Joannopoulos, Nat. Mater. 3, 211 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. D. M. Beggs, T. P. White, L. O’Faolain, and T. F. Krauss, Opt. Lett. 33, 147 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. L. Gu, W. Jiang, X. Chen, L. Wang, and R. T. Chen, Appl. Phys. Lett. 90, 071105 (2007).
    [CrossRef]
  7. A. Brimont, P. Sanchis, and J. Martí, Opt. Express 17, 9204 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. M. Notomi, K. Yamada, A. Shinya, J. Takahashi, C. Takahashi, and I. Yokohama, Phys. Rev. Lett. 87, 253902 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. S. Hughes, L. Ramunno, J. F. Young, and J. E. Sipe, Phys. Rev. Lett. 94, 033903 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. L. O’Faolain, S. Schulz, D. M. Beggs, T. P. White, A. D. Falco, A. Samarelli, M. Sorel, R. M. D. L. Rue, F. Morichetti, A. Canciamilla, A. Melloni, and T. F. Krauss, in Proceedings 6th International IEEE Conference on Group IV Photonics (2009), pp. 40–42.
    [CrossRef]
  11. L. H. Frandsen, A. V. Lavrinenko, J. Fage-Pedersen, and P. I. Borel, Opt. Express 14, 9444 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. S. Kubo, D. Mori, and T. Baba, Opt. Lett. 32, 2981 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. M. D. Settle, R. J. P. Engelen, M. Salib, A. Michaeli, L. Kuipers, and T. F. Krauss, Opt. Express 15, 219 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. O. Khayam and H. Benisty, Opt. Express 17, 14634(2009).
    [CrossRef] [PubMed]

2009 (2)

2008 (1)

2007 (4)

2006 (1)

2005 (3)

S. Hughes, L. Ramunno, J. F. Young, and J. E. Sipe, Phys. Rev. Lett. 94, 033903 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

H. Gersen, T. J. Karle, R. J. P. Engelsen, W. Boa, J. P. Korterik, N. F. van Hulst, T. F. Krauss, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 94, 073903 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Y. A. Vlasov, M. O’Boyle, H. F. Hammann, and S. J. McNab, Nature 438, 65 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

2004 (1)

M. Soljacic and J. D. Joannopoulos, Nat. Mater. 3, 211 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

2001 (1)

M. Notomi, K. Yamada, A. Shinya, J. Takahashi, C. Takahashi, and I. Yokohama, Phys. Rev. Lett. 87, 253902 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Baba, T.

Beggs, D. M.

D. M. Beggs, T. P. White, L. O’Faolain, and T. F. Krauss, Opt. Lett. 33, 147 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

L. O’Faolain, S. Schulz, D. M. Beggs, T. P. White, A. D. Falco, A. Samarelli, M. Sorel, R. M. D. L. Rue, F. Morichetti, A. Canciamilla, A. Melloni, and T. F. Krauss, in Proceedings 6th International IEEE Conference on Group IV Photonics (2009), pp. 40–42.
[CrossRef]

Benisty, H.

Boa, W.

H. Gersen, T. J. Karle, R. J. P. Engelsen, W. Boa, J. P. Korterik, N. F. van Hulst, T. F. Krauss, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 94, 073903 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Borel, P. I.

Brimont, A.

Canciamilla, A.

L. O’Faolain, S. Schulz, D. M. Beggs, T. P. White, A. D. Falco, A. Samarelli, M. Sorel, R. M. D. L. Rue, F. Morichetti, A. Canciamilla, A. Melloni, and T. F. Krauss, in Proceedings 6th International IEEE Conference on Group IV Photonics (2009), pp. 40–42.
[CrossRef]

Chen, R. T.

L. Gu, W. Jiang, X. Chen, L. Wang, and R. T. Chen, Appl. Phys. Lett. 90, 071105 (2007).
[CrossRef]

Chen, X.

L. Gu, W. Jiang, X. Chen, L. Wang, and R. T. Chen, Appl. Phys. Lett. 90, 071105 (2007).
[CrossRef]

Engelen, R. J. P.

Engelsen, R. J. P.

H. Gersen, T. J. Karle, R. J. P. Engelsen, W. Boa, J. P. Korterik, N. F. van Hulst, T. F. Krauss, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 94, 073903 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Fage-Pedersen, J.

Falco, A. D.

L. O’Faolain, S. Schulz, D. M. Beggs, T. P. White, A. D. Falco, A. Samarelli, M. Sorel, R. M. D. L. Rue, F. Morichetti, A. Canciamilla, A. Melloni, and T. F. Krauss, in Proceedings 6th International IEEE Conference on Group IV Photonics (2009), pp. 40–42.
[CrossRef]

Frandsen, L. H.

Gersen, H.

H. Gersen, T. J. Karle, R. J. P. Engelsen, W. Boa, J. P. Korterik, N. F. van Hulst, T. F. Krauss, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 94, 073903 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Gu, L.

L. Gu, W. Jiang, X. Chen, L. Wang, and R. T. Chen, Appl. Phys. Lett. 90, 071105 (2007).
[CrossRef]

Hammann, H. F.

Y. A. Vlasov, M. O’Boyle, H. F. Hammann, and S. J. McNab, Nature 438, 65 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Hughes, S.

S. Hughes, L. Ramunno, J. F. Young, and J. E. Sipe, Phys. Rev. Lett. 94, 033903 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Jiang, W.

L. Gu, W. Jiang, X. Chen, L. Wang, and R. T. Chen, Appl. Phys. Lett. 90, 071105 (2007).
[CrossRef]

Joannopoulos, J. D.

M. Soljacic and J. D. Joannopoulos, Nat. Mater. 3, 211 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Karle, T. J.

H. Gersen, T. J. Karle, R. J. P. Engelsen, W. Boa, J. P. Korterik, N. F. van Hulst, T. F. Krauss, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 94, 073903 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Khayam, O.

Korterik, J. P.

H. Gersen, T. J. Karle, R. J. P. Engelsen, W. Boa, J. P. Korterik, N. F. van Hulst, T. F. Krauss, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 94, 073903 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Krauss, T. F.

D. M. Beggs, T. P. White, L. O’Faolain, and T. F. Krauss, Opt. Lett. 33, 147 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

M. D. Settle, R. J. P. Engelen, M. Salib, A. Michaeli, L. Kuipers, and T. F. Krauss, Opt. Express 15, 219 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

H. Gersen, T. J. Karle, R. J. P. Engelsen, W. Boa, J. P. Korterik, N. F. van Hulst, T. F. Krauss, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 94, 073903 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

L. O’Faolain, S. Schulz, D. M. Beggs, T. P. White, A. D. Falco, A. Samarelli, M. Sorel, R. M. D. L. Rue, F. Morichetti, A. Canciamilla, A. Melloni, and T. F. Krauss, in Proceedings 6th International IEEE Conference on Group IV Photonics (2009), pp. 40–42.
[CrossRef]

Kubo, S.

Kuipers, L.

M. D. Settle, R. J. P. Engelen, M. Salib, A. Michaeli, L. Kuipers, and T. F. Krauss, Opt. Express 15, 219 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

H. Gersen, T. J. Karle, R. J. P. Engelsen, W. Boa, J. P. Korterik, N. F. van Hulst, T. F. Krauss, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 94, 073903 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Lavrinenko, A. V.

Martí, J.

McNab, S. J.

Y. A. Vlasov, M. O’Boyle, H. F. Hammann, and S. J. McNab, Nature 438, 65 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Melloni, A.

L. O’Faolain, S. Schulz, D. M. Beggs, T. P. White, A. D. Falco, A. Samarelli, M. Sorel, R. M. D. L. Rue, F. Morichetti, A. Canciamilla, A. Melloni, and T. F. Krauss, in Proceedings 6th International IEEE Conference on Group IV Photonics (2009), pp. 40–42.
[CrossRef]

Michaeli, A.

Mori, D.

Morichetti, F.

L. O’Faolain, S. Schulz, D. M. Beggs, T. P. White, A. D. Falco, A. Samarelli, M. Sorel, R. M. D. L. Rue, F. Morichetti, A. Canciamilla, A. Melloni, and T. F. Krauss, in Proceedings 6th International IEEE Conference on Group IV Photonics (2009), pp. 40–42.
[CrossRef]

Notomi, M.

M. Notomi, K. Yamada, A. Shinya, J. Takahashi, C. Takahashi, and I. Yokohama, Phys. Rev. Lett. 87, 253902 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

O’Boyle, M.

Y. A. Vlasov, M. O’Boyle, H. F. Hammann, and S. J. McNab, Nature 438, 65 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

O’Faolain, L.

D. M. Beggs, T. P. White, L. O’Faolain, and T. F. Krauss, Opt. Lett. 33, 147 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

L. O’Faolain, S. Schulz, D. M. Beggs, T. P. White, A. D. Falco, A. Samarelli, M. Sorel, R. M. D. L. Rue, F. Morichetti, A. Canciamilla, A. Melloni, and T. F. Krauss, in Proceedings 6th International IEEE Conference on Group IV Photonics (2009), pp. 40–42.
[CrossRef]

Ramunno, L.

S. Hughes, L. Ramunno, J. F. Young, and J. E. Sipe, Phys. Rev. Lett. 94, 033903 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Rue, R. M. D. L.

L. O’Faolain, S. Schulz, D. M. Beggs, T. P. White, A. D. Falco, A. Samarelli, M. Sorel, R. M. D. L. Rue, F. Morichetti, A. Canciamilla, A. Melloni, and T. F. Krauss, in Proceedings 6th International IEEE Conference on Group IV Photonics (2009), pp. 40–42.
[CrossRef]

Salib, M.

Samarelli, A.

L. O’Faolain, S. Schulz, D. M. Beggs, T. P. White, A. D. Falco, A. Samarelli, M. Sorel, R. M. D. L. Rue, F. Morichetti, A. Canciamilla, A. Melloni, and T. F. Krauss, in Proceedings 6th International IEEE Conference on Group IV Photonics (2009), pp. 40–42.
[CrossRef]

Sanchis, P.

Schulz, S.

L. O’Faolain, S. Schulz, D. M. Beggs, T. P. White, A. D. Falco, A. Samarelli, M. Sorel, R. M. D. L. Rue, F. Morichetti, A. Canciamilla, A. Melloni, and T. F. Krauss, in Proceedings 6th International IEEE Conference on Group IV Photonics (2009), pp. 40–42.
[CrossRef]

Sekaric, L.

F. Xia, L. Sekaric, and Y. Vlasov, Nat. Photon. 1, 65 (2007).
[CrossRef]

Settle, M. D.

Shinya, A.

M. Notomi, K. Yamada, A. Shinya, J. Takahashi, C. Takahashi, and I. Yokohama, Phys. Rev. Lett. 87, 253902 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Sipe, J. E.

S. Hughes, L. Ramunno, J. F. Young, and J. E. Sipe, Phys. Rev. Lett. 94, 033903 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Soljacic, M.

M. Soljacic and J. D. Joannopoulos, Nat. Mater. 3, 211 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Sorel, M.

L. O’Faolain, S. Schulz, D. M. Beggs, T. P. White, A. D. Falco, A. Samarelli, M. Sorel, R. M. D. L. Rue, F. Morichetti, A. Canciamilla, A. Melloni, and T. F. Krauss, in Proceedings 6th International IEEE Conference on Group IV Photonics (2009), pp. 40–42.
[CrossRef]

Takahashi, C.

M. Notomi, K. Yamada, A. Shinya, J. Takahashi, C. Takahashi, and I. Yokohama, Phys. Rev. Lett. 87, 253902 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Takahashi, J.

M. Notomi, K. Yamada, A. Shinya, J. Takahashi, C. Takahashi, and I. Yokohama, Phys. Rev. Lett. 87, 253902 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

van Hulst, N. F.

H. Gersen, T. J. Karle, R. J. P. Engelsen, W. Boa, J. P. Korterik, N. F. van Hulst, T. F. Krauss, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 94, 073903 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Vlasov, Y.

F. Xia, L. Sekaric, and Y. Vlasov, Nat. Photon. 1, 65 (2007).
[CrossRef]

Vlasov, Y. A.

Y. A. Vlasov, M. O’Boyle, H. F. Hammann, and S. J. McNab, Nature 438, 65 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Wang, L.

L. Gu, W. Jiang, X. Chen, L. Wang, and R. T. Chen, Appl. Phys. Lett. 90, 071105 (2007).
[CrossRef]

White, T. P.

D. M. Beggs, T. P. White, L. O’Faolain, and T. F. Krauss, Opt. Lett. 33, 147 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

L. O’Faolain, S. Schulz, D. M. Beggs, T. P. White, A. D. Falco, A. Samarelli, M. Sorel, R. M. D. L. Rue, F. Morichetti, A. Canciamilla, A. Melloni, and T. F. Krauss, in Proceedings 6th International IEEE Conference on Group IV Photonics (2009), pp. 40–42.
[CrossRef]

Xia, F.

F. Xia, L. Sekaric, and Y. Vlasov, Nat. Photon. 1, 65 (2007).
[CrossRef]

Yamada, K.

M. Notomi, K. Yamada, A. Shinya, J. Takahashi, C. Takahashi, and I. Yokohama, Phys. Rev. Lett. 87, 253902 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Yokohama, I.

M. Notomi, K. Yamada, A. Shinya, J. Takahashi, C. Takahashi, and I. Yokohama, Phys. Rev. Lett. 87, 253902 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Young, J. F.

S. Hughes, L. Ramunno, J. F. Young, and J. E. Sipe, Phys. Rev. Lett. 94, 033903 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Appl. Phys. Lett. (1)

L. Gu, W. Jiang, X. Chen, L. Wang, and R. T. Chen, Appl. Phys. Lett. 90, 071105 (2007).
[CrossRef]

Nat. Mater. (1)

M. Soljacic and J. D. Joannopoulos, Nat. Mater. 3, 211 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Nat. Photon. (1)

F. Xia, L. Sekaric, and Y. Vlasov, Nat. Photon. 1, 65 (2007).
[CrossRef]

Nature (1)

Y. A. Vlasov, M. O’Boyle, H. F. Hammann, and S. J. McNab, Nature 438, 65 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Express (4)

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. Lett. (3)

H. Gersen, T. J. Karle, R. J. P. Engelsen, W. Boa, J. P. Korterik, N. F. van Hulst, T. F. Krauss, and L. Kuipers, Phys. Rev. Lett. 94, 073903 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

M. Notomi, K. Yamada, A. Shinya, J. Takahashi, C. Takahashi, and I. Yokohama, Phys. Rev. Lett. 87, 253902 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

S. Hughes, L. Ramunno, J. F. Young, and J. E. Sipe, Phys. Rev. Lett. 94, 033903 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Other (1)

L. O’Faolain, S. Schulz, D. M. Beggs, T. P. White, A. D. Falco, A. Samarelli, M. Sorel, R. M. D. L. Rue, F. Morichetti, A. Canciamilla, A. Melloni, and T. F. Krauss, in Proceedings 6th International IEEE Conference on Group IV Photonics (2009), pp. 40–42.
[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 (5)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic of the proposed slow wave corrugated waveguide.

Fig. 2
Fig. 2

Band-flattening process: blue solid curves and red dotted curves stand for the first three bands before and after hole patterning. (a) and (b) describe the un perturbed mode profiles at the band edge, while (c) and (d) depict the altered mode profile after hole patterning.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Band-flattening dependence against hole diameter. (b) Group index versus wavelength for varying hole diameter.

Fig. 4
Fig. 4

Average group index (blue solid curve) and bandwidth (red dotted curve) against hole diameter.

Fig. 5
Fig. 5

Experimental group-index depen dence against wavelength. The inset shows a scanning electron microscopy picture of the fabricated slow wave corrugated waveguide.

Equations (1)

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

n g ( λ ) = λ min λ max 2 L ( λ min λ max ) + n g , ref ,

Metrics