Abstract

Optical bistability is realized in GaInAsP/InP coupled-circular resonator microlasers, which are fabricated by planar technology. For a coupled-circular resonator microlaser with the radius of 20μm and a 2μm-wide bus waveguide, hysteresis loops are observed for the output power coupling into an optical fiber versus the cw injection cur rent at room temperature. The laser output spectra of the upper and lower states of the hysteresis loop indicate that the bistability is related to mode competitions. The optical bistability can be explained as the mode compe tition between the symmetry and antisymmetry coupled modes relative to the bus waveguide.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. T. Hill, H. J. S. Dorren, T. de Vries, X. J. M. Leijtens, J. H. den Besten, B. Smalbrugge, Y.-S. Oei, H. Binsma, G.-D. Khoe, and M. K. Smit, Nature 432, 206 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. G. J. Lasher, Solid-State Electron. 7, 707 (1964).
    [CrossRef]
  3. H. Kawaguchi, Appl. Phys. Lett. 45, 1264 (1984).
    [CrossRef]
  4. M. Ueno and R. Lang, J. Appl. Phys. 58, 1689 (1985).
    [CrossRef]
  5. G. P. Agrawal and N. K. Dutta, J. Appl. Phys. 56, 664 (1984).
    [CrossRef]
  6. S. Ishii, A. Nakagawa, and T. Baba, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 71 (2006).
    [CrossRef]
  7. H. Kawaguchi, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 3, 1254 (1997).
    [CrossRef]
  8. A. Valle, M. Gómez-Molina, and L. Pesquera, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 14, 895 (2008).
    [CrossRef]
  9. M. F. Booth, A. Schremer, and J. M. Ballantyne, Appl. Phys. Lett. 76, 1095 (2000).
    [CrossRef]
  10. M. Sorel, P. J. R. Laybourn, G. Giuliani, and S. Donati, Appl. Phys. Lett. 80, 3051 (2002).
    [CrossRef]
  11. L. Liu, R. Kumar, K. Huybrechts, T. Spuesens, G. Roelkens, E.-J. Geluk, T. de Vries, P. Regreny, D. Van Thourhout, R. Baets, and G. Morthier, Nat. Photon. 4, 182 (2010).
    [CrossRef]
  12. S. V. Zhukovsky, D. N. Chigrin, A. V. Lavrinenko, and J. Kroha, Phys. Rev. Lett. 99, 073902 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. Y. Z. Huang, S. J. Wang, Y. D. Yang, J. L. Xiao, Y. H. Hu, and Y. Du, Opt. Lett. 34, 1852 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. S. J. Wang, Y. D. Yang, and Y. Z. Huang, Opt. Lett. 35, 1953 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]

2010 (2)

L. Liu, R. Kumar, K. Huybrechts, T. Spuesens, G. Roelkens, E.-J. Geluk, T. de Vries, P. Regreny, D. Van Thourhout, R. Baets, and G. Morthier, Nat. Photon. 4, 182 (2010).
[CrossRef]

S. J. Wang, Y. D. Yang, and Y. Z. Huang, Opt. Lett. 35, 1953 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

2009 (1)

2008 (1)

A. Valle, M. Gómez-Molina, and L. Pesquera, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 14, 895 (2008).
[CrossRef]

2007 (1)

S. V. Zhukovsky, D. N. Chigrin, A. V. Lavrinenko, and J. Kroha, Phys. Rev. Lett. 99, 073902 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

2006 (1)

S. Ishii, A. Nakagawa, and T. Baba, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 71 (2006).
[CrossRef]

2004 (1)

M. T. Hill, H. J. S. Dorren, T. de Vries, X. J. M. Leijtens, J. H. den Besten, B. Smalbrugge, Y.-S. Oei, H. Binsma, G.-D. Khoe, and M. K. Smit, Nature 432, 206 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

2002 (1)

M. Sorel, P. J. R. Laybourn, G. Giuliani, and S. Donati, Appl. Phys. Lett. 80, 3051 (2002).
[CrossRef]

2000 (1)

M. F. Booth, A. Schremer, and J. M. Ballantyne, Appl. Phys. Lett. 76, 1095 (2000).
[CrossRef]

1997 (1)

H. Kawaguchi, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 3, 1254 (1997).
[CrossRef]

1985 (1)

M. Ueno and R. Lang, J. Appl. Phys. 58, 1689 (1985).
[CrossRef]

1984 (2)

G. P. Agrawal and N. K. Dutta, J. Appl. Phys. 56, 664 (1984).
[CrossRef]

H. Kawaguchi, Appl. Phys. Lett. 45, 1264 (1984).
[CrossRef]

1964 (1)

G. J. Lasher, Solid-State Electron. 7, 707 (1964).
[CrossRef]

Agrawal, G. P.

G. P. Agrawal and N. K. Dutta, J. Appl. Phys. 56, 664 (1984).
[CrossRef]

Baba, T.

S. Ishii, A. Nakagawa, and T. Baba, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 71 (2006).
[CrossRef]

Baets, R.

L. Liu, R. Kumar, K. Huybrechts, T. Spuesens, G. Roelkens, E.-J. Geluk, T. de Vries, P. Regreny, D. Van Thourhout, R. Baets, and G. Morthier, Nat. Photon. 4, 182 (2010).
[CrossRef]

Ballantyne, J. M.

M. F. Booth, A. Schremer, and J. M. Ballantyne, Appl. Phys. Lett. 76, 1095 (2000).
[CrossRef]

Binsma, H.

M. T. Hill, H. J. S. Dorren, T. de Vries, X. J. M. Leijtens, J. H. den Besten, B. Smalbrugge, Y.-S. Oei, H. Binsma, G.-D. Khoe, and M. K. Smit, Nature 432, 206 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Booth, M. F.

M. F. Booth, A. Schremer, and J. M. Ballantyne, Appl. Phys. Lett. 76, 1095 (2000).
[CrossRef]

Chigrin, D. N.

S. V. Zhukovsky, D. N. Chigrin, A. V. Lavrinenko, and J. Kroha, Phys. Rev. Lett. 99, 073902 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

de Vries, T.

L. Liu, R. Kumar, K. Huybrechts, T. Spuesens, G. Roelkens, E.-J. Geluk, T. de Vries, P. Regreny, D. Van Thourhout, R. Baets, and G. Morthier, Nat. Photon. 4, 182 (2010).
[CrossRef]

M. T. Hill, H. J. S. Dorren, T. de Vries, X. J. M. Leijtens, J. H. den Besten, B. Smalbrugge, Y.-S. Oei, H. Binsma, G.-D. Khoe, and M. K. Smit, Nature 432, 206 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

den Besten, J. H.

M. T. Hill, H. J. S. Dorren, T. de Vries, X. J. M. Leijtens, J. H. den Besten, B. Smalbrugge, Y.-S. Oei, H. Binsma, G.-D. Khoe, and M. K. Smit, Nature 432, 206 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Donati, S.

M. Sorel, P. J. R. Laybourn, G. Giuliani, and S. Donati, Appl. Phys. Lett. 80, 3051 (2002).
[CrossRef]

Dorren, H. J. S.

M. T. Hill, H. J. S. Dorren, T. de Vries, X. J. M. Leijtens, J. H. den Besten, B. Smalbrugge, Y.-S. Oei, H. Binsma, G.-D. Khoe, and M. K. Smit, Nature 432, 206 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Du, Y.

Dutta, N. K.

G. P. Agrawal and N. K. Dutta, J. Appl. Phys. 56, 664 (1984).
[CrossRef]

Geluk, E.-J.

L. Liu, R. Kumar, K. Huybrechts, T. Spuesens, G. Roelkens, E.-J. Geluk, T. de Vries, P. Regreny, D. Van Thourhout, R. Baets, and G. Morthier, Nat. Photon. 4, 182 (2010).
[CrossRef]

Giuliani, G.

M. Sorel, P. J. R. Laybourn, G. Giuliani, and S. Donati, Appl. Phys. Lett. 80, 3051 (2002).
[CrossRef]

Gómez-Molina, M.

A. Valle, M. Gómez-Molina, and L. Pesquera, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 14, 895 (2008).
[CrossRef]

Hill, M. T.

M. T. Hill, H. J. S. Dorren, T. de Vries, X. J. M. Leijtens, J. H. den Besten, B. Smalbrugge, Y.-S. Oei, H. Binsma, G.-D. Khoe, and M. K. Smit, Nature 432, 206 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Hu, Y. H.

Huang, Y. Z.

Huybrechts, K.

L. Liu, R. Kumar, K. Huybrechts, T. Spuesens, G. Roelkens, E.-J. Geluk, T. de Vries, P. Regreny, D. Van Thourhout, R. Baets, and G. Morthier, Nat. Photon. 4, 182 (2010).
[CrossRef]

Ishii, S.

S. Ishii, A. Nakagawa, and T. Baba, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 71 (2006).
[CrossRef]

Kawaguchi, H.

H. Kawaguchi, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 3, 1254 (1997).
[CrossRef]

H. Kawaguchi, Appl. Phys. Lett. 45, 1264 (1984).
[CrossRef]

Khoe, G.-D.

M. T. Hill, H. J. S. Dorren, T. de Vries, X. J. M. Leijtens, J. H. den Besten, B. Smalbrugge, Y.-S. Oei, H. Binsma, G.-D. Khoe, and M. K. Smit, Nature 432, 206 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Kroha, J.

S. V. Zhukovsky, D. N. Chigrin, A. V. Lavrinenko, and J. Kroha, Phys. Rev. Lett. 99, 073902 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Kumar, R.

L. Liu, R. Kumar, K. Huybrechts, T. Spuesens, G. Roelkens, E.-J. Geluk, T. de Vries, P. Regreny, D. Van Thourhout, R. Baets, and G. Morthier, Nat. Photon. 4, 182 (2010).
[CrossRef]

Lang, R.

M. Ueno and R. Lang, J. Appl. Phys. 58, 1689 (1985).
[CrossRef]

Lasher, G. J.

G. J. Lasher, Solid-State Electron. 7, 707 (1964).
[CrossRef]

Lavrinenko, A. V.

S. V. Zhukovsky, D. N. Chigrin, A. V. Lavrinenko, and J. Kroha, Phys. Rev. Lett. 99, 073902 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Laybourn, P. J. R.

M. Sorel, P. J. R. Laybourn, G. Giuliani, and S. Donati, Appl. Phys. Lett. 80, 3051 (2002).
[CrossRef]

Leijtens, X. J. M.

M. T. Hill, H. J. S. Dorren, T. de Vries, X. J. M. Leijtens, J. H. den Besten, B. Smalbrugge, Y.-S. Oei, H. Binsma, G.-D. Khoe, and M. K. Smit, Nature 432, 206 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Liu, L.

L. Liu, R. Kumar, K. Huybrechts, T. Spuesens, G. Roelkens, E.-J. Geluk, T. de Vries, P. Regreny, D. Van Thourhout, R. Baets, and G. Morthier, Nat. Photon. 4, 182 (2010).
[CrossRef]

Morthier, G.

L. Liu, R. Kumar, K. Huybrechts, T. Spuesens, G. Roelkens, E.-J. Geluk, T. de Vries, P. Regreny, D. Van Thourhout, R. Baets, and G. Morthier, Nat. Photon. 4, 182 (2010).
[CrossRef]

Nakagawa, A.

S. Ishii, A. Nakagawa, and T. Baba, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 71 (2006).
[CrossRef]

Oei, Y.-S.

M. T. Hill, H. J. S. Dorren, T. de Vries, X. J. M. Leijtens, J. H. den Besten, B. Smalbrugge, Y.-S. Oei, H. Binsma, G.-D. Khoe, and M. K. Smit, Nature 432, 206 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Pesquera, L.

A. Valle, M. Gómez-Molina, and L. Pesquera, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 14, 895 (2008).
[CrossRef]

Regreny, P.

L. Liu, R. Kumar, K. Huybrechts, T. Spuesens, G. Roelkens, E.-J. Geluk, T. de Vries, P. Regreny, D. Van Thourhout, R. Baets, and G. Morthier, Nat. Photon. 4, 182 (2010).
[CrossRef]

Roelkens, G.

L. Liu, R. Kumar, K. Huybrechts, T. Spuesens, G. Roelkens, E.-J. Geluk, T. de Vries, P. Regreny, D. Van Thourhout, R. Baets, and G. Morthier, Nat. Photon. 4, 182 (2010).
[CrossRef]

Schremer, A.

M. F. Booth, A. Schremer, and J. M. Ballantyne, Appl. Phys. Lett. 76, 1095 (2000).
[CrossRef]

Smalbrugge, B.

M. T. Hill, H. J. S. Dorren, T. de Vries, X. J. M. Leijtens, J. H. den Besten, B. Smalbrugge, Y.-S. Oei, H. Binsma, G.-D. Khoe, and M. K. Smit, Nature 432, 206 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Smit, M. K.

M. T. Hill, H. J. S. Dorren, T. de Vries, X. J. M. Leijtens, J. H. den Besten, B. Smalbrugge, Y.-S. Oei, H. Binsma, G.-D. Khoe, and M. K. Smit, Nature 432, 206 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Sorel, M.

M. Sorel, P. J. R. Laybourn, G. Giuliani, and S. Donati, Appl. Phys. Lett. 80, 3051 (2002).
[CrossRef]

Spuesens, T.

L. Liu, R. Kumar, K. Huybrechts, T. Spuesens, G. Roelkens, E.-J. Geluk, T. de Vries, P. Regreny, D. Van Thourhout, R. Baets, and G. Morthier, Nat. Photon. 4, 182 (2010).
[CrossRef]

Ueno, M.

M. Ueno and R. Lang, J. Appl. Phys. 58, 1689 (1985).
[CrossRef]

Valle, A.

A. Valle, M. Gómez-Molina, and L. Pesquera, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 14, 895 (2008).
[CrossRef]

Van Thourhout, D.

L. Liu, R. Kumar, K. Huybrechts, T. Spuesens, G. Roelkens, E.-J. Geluk, T. de Vries, P. Regreny, D. Van Thourhout, R. Baets, and G. Morthier, Nat. Photon. 4, 182 (2010).
[CrossRef]

Wang, S. J.

Xiao, J. L.

Yang, Y. D.

Zhukovsky, S. V.

S. V. Zhukovsky, D. N. Chigrin, A. V. Lavrinenko, and J. Kroha, Phys. Rev. Lett. 99, 073902 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Appl. Phys. Lett. (3)

H. Kawaguchi, Appl. Phys. Lett. 45, 1264 (1984).
[CrossRef]

M. F. Booth, A. Schremer, and J. M. Ballantyne, Appl. Phys. Lett. 76, 1095 (2000).
[CrossRef]

M. Sorel, P. J. R. Laybourn, G. Giuliani, and S. Donati, Appl. Phys. Lett. 80, 3051 (2002).
[CrossRef]

IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. (3)

S. Ishii, A. Nakagawa, and T. Baba, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 71 (2006).
[CrossRef]

H. Kawaguchi, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 3, 1254 (1997).
[CrossRef]

A. Valle, M. Gómez-Molina, and L. Pesquera, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 14, 895 (2008).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (2)

M. Ueno and R. Lang, J. Appl. Phys. 58, 1689 (1985).
[CrossRef]

G. P. Agrawal and N. K. Dutta, J. Appl. Phys. 56, 664 (1984).
[CrossRef]

Nat. Photon. (1)

L. Liu, R. Kumar, K. Huybrechts, T. Spuesens, G. Roelkens, E.-J. Geluk, T. de Vries, P. Regreny, D. Van Thourhout, R. Baets, and G. Morthier, Nat. Photon. 4, 182 (2010).
[CrossRef]

Nature (1)

M. T. Hill, H. J. S. Dorren, T. de Vries, X. J. M. Leijtens, J. H. den Besten, B. Smalbrugge, Y.-S. Oei, H. Binsma, G.-D. Khoe, and M. K. Smit, Nature 432, 206 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. Lett. (1)

S. V. Zhukovsky, D. N. Chigrin, A. V. Lavrinenko, and J. Kroha, Phys. Rev. Lett. 99, 073902 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Solid-State Electron. (1)

G. J. Lasher, Solid-State Electron. 7, 707 (1964).
[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

(a) Microscope image of a coupled- circular resonator microlaser with the bus waveguide cleaved for testing, and (b) schematic diagram of a coupled-circular microlaser.

Fig. 2
Fig. 2

Output power coupled into an optical fiber versus the increased and decreased cw injection current for a coupled-circular microlaser with a radius of 20 μm at (a)  293 K and (b)  308 K , respectively.

Fig. 3
Fig. 3

Laser spectra in the lower and the upper states at 308 K with the injection currents of (a)  100 mA , (b)  130 mA , and (c) detail spectra at 130 mA , for the coupled- circular microlaser.

Fig. 4
Fig. 4

Output power versus cw injection current for the coupled-circular microlasers measured by a detector butt-coupling to the bus waveguide at 293 K .

Fig. 5
Fig. 5

Field patterns of the magnetic field for TE modes at the frequencies of (a) 208.52 and (c) 211.04 THz in the middle plane; (b) and (d) mode field patterns in the plane 15 nm shift from the middle of the bus waveguide corresponding to (a) and (c).

Metrics