Abstract

Three-dimensional complete photonic-bandgap materials offer unique opportunities regarding the integration of optical waveguide architectures in three dimensions. However, corresponding experimental realizations are truly sparse. Here, we fabricate such waveguides using direct laser writing and a silicon double-inversion procedure. The optical characterization is in good agreement with theoretical calculations, raising hopes that even more complex architectures may soon come into reach.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. Z.-Y. Li and K. M. Ho, J. Opt. Soc. Am. B 20, 801 (2003).
    [CrossRef]
  2. A. Chutinan and S. John, Phys. Rev. B 72, 161316 (2005).
    [CrossRef]
  3. S. Ogawa, M. Imada, S. Yoshimoto, M. Okano, and S. Noda, Science 305, 227 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. M. Imada, L. H. Lee, M. Okano, S. Kawashima, and S. Noda, Appl. Phys. Lett. 88, 171107 (2006).
    [CrossRef]
  5. M. Qi, E. Lidorikis, P. T. Rakich, S. G. Johnson, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nature 429, 538 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photon. 2, 688 (2008).
    [CrossRef]
  7. S. Kawashima, K. Ishizaki, and S. Noda, Opt. Express 18, 386 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. S. A. Rinne, F. García-Santamaría, and P. V. Braun, Nat. Photon. 2, 52 (2008).
    [CrossRef]
  9. Y. Lin and P. R. Herman, J. Appl. Phys. 98, 063104-1 (2005).
  10. G. von Freymann, A. Ledermann, M. Thiel, I. Staude, S. Essig, K. Busch, and M. Wegener, Adv. Funct. Mater. 20, 1038 (2010).
    [CrossRef]
  11. N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
    [CrossRef]
  12. I. Staude, M. Thiel, S. Essig, C. Wolff, K. Busch, G. von Freymann, and M. Wegener, Opt. Lett. 35, 1094(2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. S. G. Johnson and J. D. Joannopoulos, Opt. Express 8, 173 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. L. Li, J. Opt. Soc. Am. A 13, 1024 (1996).
    [CrossRef]
  15. L. Li, J. Opt. Soc. Am. A 14, 2758 (1997).
    [CrossRef]

2010 (3)

2008 (2)

S. A. Rinne, F. García-Santamaría, and P. V. Braun, Nat. Photon. 2, 52 (2008).
[CrossRef]

K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photon. 2, 688 (2008).
[CrossRef]

2006 (2)

M. Imada, L. H. Lee, M. Okano, S. Kawashima, and S. Noda, Appl. Phys. Lett. 88, 171107 (2006).
[CrossRef]

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

2005 (2)

A. Chutinan and S. John, Phys. Rev. B 72, 161316 (2005).
[CrossRef]

Y. Lin and P. R. Herman, J. Appl. Phys. 98, 063104-1 (2005).

2004 (2)

S. Ogawa, M. Imada, S. Yoshimoto, M. Okano, and S. Noda, Science 305, 227 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

M. Qi, E. Lidorikis, P. T. Rakich, S. G. Johnson, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nature 429, 538 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

2003 (1)

2001 (1)

1997 (1)

1996 (1)

Aoki, K.

K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photon. 2, 688 (2008).
[CrossRef]

Arakawa, Y.

K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photon. 2, 688 (2008).
[CrossRef]

Braun, P. V.

S. A. Rinne, F. García-Santamaría, and P. V. Braun, Nat. Photon. 2, 52 (2008).
[CrossRef]

Busch, K.

G. von Freymann, A. Ledermann, M. Thiel, I. Staude, S. Essig, K. Busch, and M. Wegener, Adv. Funct. Mater. 20, 1038 (2010).
[CrossRef]

I. Staude, M. Thiel, S. Essig, C. Wolff, K. Busch, G. von Freymann, and M. Wegener, Opt. Lett. 35, 1094(2010).
[CrossRef] [PubMed]

Chutinan, A.

A. Chutinan and S. John, Phys. Rev. B 72, 161316 (2005).
[CrossRef]

Deubel, M.

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

Essig, S.

I. Staude, M. Thiel, S. Essig, C. Wolff, K. Busch, G. von Freymann, and M. Wegener, Opt. Lett. 35, 1094(2010).
[CrossRef] [PubMed]

G. von Freymann, A. Ledermann, M. Thiel, I. Staude, S. Essig, K. Busch, and M. Wegener, Adv. Funct. Mater. 20, 1038 (2010).
[CrossRef]

García-Santamaría, F.

S. A. Rinne, F. García-Santamaría, and P. V. Braun, Nat. Photon. 2, 52 (2008).
[CrossRef]

Guimard, D.

K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photon. 2, 688 (2008).
[CrossRef]

Herman, P. R.

Y. Lin and P. R. Herman, J. Appl. Phys. 98, 063104-1 (2005).

Hermatschweiler, M.

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

Ho, K. M.

Imada, M.

M. Imada, L. H. Lee, M. Okano, S. Kawashima, and S. Noda, Appl. Phys. Lett. 88, 171107 (2006).
[CrossRef]

S. Ogawa, M. Imada, S. Yoshimoto, M. Okano, and S. Noda, Science 305, 227 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Ippen, E. P.

M. Qi, E. Lidorikis, P. T. Rakich, S. G. Johnson, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nature 429, 538 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Ishizaki, K.

Iwamoto, S.

K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photon. 2, 688 (2008).
[CrossRef]

Joannopoulos, J. D.

M. Qi, E. Lidorikis, P. T. Rakich, S. G. Johnson, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nature 429, 538 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

S. G. Johnson and J. D. Joannopoulos, Opt. Express 8, 173 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

John, S.

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

A. Chutinan and S. John, Phys. Rev. B 72, 161316 (2005).
[CrossRef]

Johnson, S. G.

M. Qi, E. Lidorikis, P. T. Rakich, S. G. Johnson, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nature 429, 538 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

S. G. Johnson and J. D. Joannopoulos, Opt. Express 8, 173 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Kawashima, S.

S. Kawashima, K. Ishizaki, and S. Noda, Opt. Express 18, 386 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

M. Imada, L. H. Lee, M. Okano, S. Kawashima, and S. Noda, Appl. Phys. Lett. 88, 171107 (2006).
[CrossRef]

Ledermann, A.

G. von Freymann, A. Ledermann, M. Thiel, I. Staude, S. Essig, K. Busch, and M. Wegener, Adv. Funct. Mater. 20, 1038 (2010).
[CrossRef]

Lee, L. H.

M. Imada, L. H. Lee, M. Okano, S. Kawashima, and S. Noda, Appl. Phys. Lett. 88, 171107 (2006).
[CrossRef]

Li, L.

Li, Z.-Y.

Lidorikis, E.

M. Qi, E. Lidorikis, P. T. Rakich, S. G. Johnson, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nature 429, 538 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Lin, Y.

Y. Lin and P. R. Herman, J. Appl. Phys. 98, 063104-1 (2005).

Nishioka, M.

K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photon. 2, 688 (2008).
[CrossRef]

Noda, S.

S. Kawashima, K. Ishizaki, and S. Noda, Opt. Express 18, 386 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

M. Imada, L. H. Lee, M. Okano, S. Kawashima, and S. Noda, Appl. Phys. Lett. 88, 171107 (2006).
[CrossRef]

S. Ogawa, M. Imada, S. Yoshimoto, M. Okano, and S. Noda, Science 305, 227 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Nomura, M.

K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photon. 2, 688 (2008).
[CrossRef]

Ogawa, S.

S. Ogawa, M. Imada, S. Yoshimoto, M. Okano, and S. Noda, Science 305, 227 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Okano, M.

M. Imada, L. H. Lee, M. Okano, S. Kawashima, and S. Noda, Appl. Phys. Lett. 88, 171107 (2006).
[CrossRef]

S. Ogawa, M. Imada, S. Yoshimoto, M. Okano, and S. Noda, Science 305, 227 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Ozin, G. A.

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

Pérez-Willard, F.

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

Qi, M.

M. Qi, E. Lidorikis, P. T. Rakich, S. G. Johnson, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nature 429, 538 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Rakich, P. T.

M. Qi, E. Lidorikis, P. T. Rakich, S. G. Johnson, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nature 429, 538 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Rinne, S. A.

S. A. Rinne, F. García-Santamaría, and P. V. Braun, Nat. Photon. 2, 52 (2008).
[CrossRef]

Smith, H. I.

M. Qi, E. Lidorikis, P. T. Rakich, S. G. Johnson, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nature 429, 538 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Staude, I.

I. Staude, M. Thiel, S. Essig, C. Wolff, K. Busch, G. von Freymann, and M. Wegener, Opt. Lett. 35, 1094(2010).
[CrossRef] [PubMed]

G. von Freymann, A. Ledermann, M. Thiel, I. Staude, S. Essig, K. Busch, and M. Wegener, Adv. Funct. Mater. 20, 1038 (2010).
[CrossRef]

Tétreault, N.

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

Thiel, M.

G. von Freymann, A. Ledermann, M. Thiel, I. Staude, S. Essig, K. Busch, and M. Wegener, Adv. Funct. Mater. 20, 1038 (2010).
[CrossRef]

I. Staude, M. Thiel, S. Essig, C. Wolff, K. Busch, G. von Freymann, and M. Wegener, Opt. Lett. 35, 1094(2010).
[CrossRef] [PubMed]

von Freymann, G.

I. Staude, M. Thiel, S. Essig, C. Wolff, K. Busch, G. von Freymann, and M. Wegener, Opt. Lett. 35, 1094(2010).
[CrossRef] [PubMed]

G. von Freymann, A. Ledermann, M. Thiel, I. Staude, S. Essig, K. Busch, and M. Wegener, Adv. Funct. Mater. 20, 1038 (2010).
[CrossRef]

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

Wegener, M.

G. von Freymann, A. Ledermann, M. Thiel, I. Staude, S. Essig, K. Busch, and M. Wegener, Adv. Funct. Mater. 20, 1038 (2010).
[CrossRef]

I. Staude, M. Thiel, S. Essig, C. Wolff, K. Busch, G. von Freymann, and M. Wegener, Opt. Lett. 35, 1094(2010).
[CrossRef] [PubMed]

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

Wolff, C.

Yoshimoto, S.

S. Ogawa, M. Imada, S. Yoshimoto, M. Okano, and S. Noda, Science 305, 227 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Adv. Funct. Mater. (1)

G. von Freymann, A. Ledermann, M. Thiel, I. Staude, S. Essig, K. Busch, and M. Wegener, Adv. Funct. Mater. 20, 1038 (2010).
[CrossRef]

Adv. Mater. (1)

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

M. Imada, L. H. Lee, M. Okano, S. Kawashima, and S. Noda, Appl. Phys. Lett. 88, 171107 (2006).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

Y. Lin and P. R. Herman, J. Appl. Phys. 98, 063104-1 (2005).

J. Opt. Soc. Am. A (2)

J. Opt. Soc. Am. B (1)

Nat. Photon. (2)

K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photon. 2, 688 (2008).
[CrossRef]

S. A. Rinne, F. García-Santamaría, and P. V. Braun, Nat. Photon. 2, 52 (2008).
[CrossRef]

Nature (1)

M. Qi, E. Lidorikis, P. T. Rakich, S. G. Johnson, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nature 429, 538 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. B (1)

A. Chutinan and S. John, Phys. Rev. B 72, 161316 (2005).
[CrossRef]

Science (1)

S. Ogawa, M. Imada, S. Yoshimoto, M. Okano, and S. Noda, Science 305, 227 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

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) Design sketch of the fabricated structures. (b) Top-view electron micrograph of a typical IP-L photoresist template. (c) Oblique-view electron micrograph of a single silicon waveguide structure. The viewing angle is 54 ° with respect to the surface normal.

Fig. 2
Fig. 2

Measured linear-optical intensity (a) transmittance (T) and reflectance (R) spectra for unpolarized and (b) reflectance spectra for polarized reflected light. (c) Band-structure calculation of the bare bcc woodpile. Waveguide dispersion in propagation direction for the (d) 4 × 4 and (e) 7 × 7 supercell. (f) Calculated linear-optical intensity transmittance ( T with losses ) and reflectance ( R no losses ) spectra in normal incidence. The insets in (b) and (f) indicate the direction in which the electric field is oriented with respect to the topmost woodpile layer.

Fig. 3
Fig. 3

Electron micrograph of a variety of cavity and waveguide structures embedded in a single silicon woodpile.

Metrics