Abstract

We report stable thermo-optomechanical oscillations in high-Q-spherical ZBLAN microcavities. The oscillations are manifested as a complex combination of fast and slow oscillation periods. This behavior appears to be a consequence of the interplay between the negative thermo-optic effect, thermal expansion, and the Kerr effect. We have characterized the oscillatory behavior and measured the corresponding frequencies as a function of input power, wavelength detuning, and loaded optical quality factor. Our analysis shows that, as a gas sensor in the mid-IR spectral region, this thermo-optomechanical oscillator is two orders of magnitude more sensitive than previously demonstrated hybrid microtoroidal oscillators operating in the near-IR spectral region.

© 2013 Optical Society of America

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. L. Yang, D. K. Armani, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 83, 825 (2003).
    [CrossRef]
  2. T. J. Kippenberg, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 93, 083904 (2004).
    [CrossRef]
  3. S. M. Spillane, T. J. Kippenberg, K. J. Vahala, K. W. Goh, E. Wilcut, and H. J. Kimble, Phys. Rev. A 71, 013817 (2005).
    [CrossRef]
  4. F. Vollmer and S. Arnold, Nat. Methods 5, 591 (2008).
    [CrossRef]
  5. K. J. Vahala, Nature 424, 839 (2003).
    [CrossRef]
  6. V. S. Ilchenko and M. L. Gorodetskii, Laser Phys. 2, 1004 (1992).
  7. T. J. Johnson, M. Borselli, and O. Painter, Opt. Express 14, 817 (2006).
    [CrossRef]
  8. Y. S. Park and H. Wang, Opt. Lett. 32, 3104 (2007).
    [CrossRef]
  9. C. Baker, S. Stapfner, D. Parrain, S. Ducci, G. Leo, E. M. Weig, and I. Favero, Opt. Express 20, 29076 (2012).
    [CrossRef]
  10. L. He, Y.-F. Xiao, J. Zhu, S. K. Ozdemir, and L. Yang, Opt. Express 17, 9571 (2009).
    [CrossRef]
  11. Y. Deng, F. Liu, Z. C. Leseman, and M. Hossein-Zadeh, Opt. Express 21, 4653 (2013).
    [CrossRef]
  12. H. Rokhsari, T. J. Kippenberg, T. Carmon, and K. J. Vahala, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 96 (2006).
    [CrossRef]
  13. J. M. Parker, Annu. Rev. Mater. Sci. 19, 21 (1989).
    [CrossRef]
  14. B. Way, R. K. Jain, and M. Hossein-Zadeh, Opt. Lett. 37, 4389 (2012).
    [CrossRef]
  15. X. Yan, C. Kito, S. Miyoshi, M. Liao, T. Suzuki, and Y. Ohishi, J. Opt. Soc. Am. B 29, 238 (2012).
    [CrossRef]
  16. T. Carmon, L. Yang, and K. Vahala, Opt. Express 12, 4742 (2004).
    [CrossRef]
  17. M. L. Gorodetsky and V. S. Ilchenko, J. Opt. Soc. Am. B 16, 147 (1999).
    [CrossRef]

2013 (1)

2012 (3)

2009 (1)

2008 (1)

F. Vollmer and S. Arnold, Nat. Methods 5, 591 (2008).
[CrossRef]

2007 (1)

2006 (2)

T. J. Johnson, M. Borselli, and O. Painter, Opt. Express 14, 817 (2006).
[CrossRef]

H. Rokhsari, T. J. Kippenberg, T. Carmon, and K. J. Vahala, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 96 (2006).
[CrossRef]

2005 (1)

S. M. Spillane, T. J. Kippenberg, K. J. Vahala, K. W. Goh, E. Wilcut, and H. J. Kimble, Phys. Rev. A 71, 013817 (2005).
[CrossRef]

2004 (2)

T. J. Kippenberg, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 93, 083904 (2004).
[CrossRef]

T. Carmon, L. Yang, and K. Vahala, Opt. Express 12, 4742 (2004).
[CrossRef]

2003 (2)

L. Yang, D. K. Armani, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 83, 825 (2003).
[CrossRef]

K. J. Vahala, Nature 424, 839 (2003).
[CrossRef]

1999 (1)

1992 (1)

V. S. Ilchenko and M. L. Gorodetskii, Laser Phys. 2, 1004 (1992).

1989 (1)

J. M. Parker, Annu. Rev. Mater. Sci. 19, 21 (1989).
[CrossRef]

Armani, D. K.

L. Yang, D. K. Armani, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 83, 825 (2003).
[CrossRef]

Arnold, S.

F. Vollmer and S. Arnold, Nat. Methods 5, 591 (2008).
[CrossRef]

Baker, C.

Borselli, M.

Carmon, T.

H. Rokhsari, T. J. Kippenberg, T. Carmon, and K. J. Vahala, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 96 (2006).
[CrossRef]

T. Carmon, L. Yang, and K. Vahala, Opt. Express 12, 4742 (2004).
[CrossRef]

Deng, Y.

Ducci, S.

Favero, I.

Goh, K. W.

S. M. Spillane, T. J. Kippenberg, K. J. Vahala, K. W. Goh, E. Wilcut, and H. J. Kimble, Phys. Rev. A 71, 013817 (2005).
[CrossRef]

Gorodetskii, M. L.

V. S. Ilchenko and M. L. Gorodetskii, Laser Phys. 2, 1004 (1992).

Gorodetsky, M. L.

He, L.

Hossein-Zadeh, M.

Ilchenko, V. S.

M. L. Gorodetsky and V. S. Ilchenko, J. Opt. Soc. Am. B 16, 147 (1999).
[CrossRef]

V. S. Ilchenko and M. L. Gorodetskii, Laser Phys. 2, 1004 (1992).

Jain, R. K.

Johnson, T. J.

Kimble, H. J.

S. M. Spillane, T. J. Kippenberg, K. J. Vahala, K. W. Goh, E. Wilcut, and H. J. Kimble, Phys. Rev. A 71, 013817 (2005).
[CrossRef]

Kippenberg, T. J.

H. Rokhsari, T. J. Kippenberg, T. Carmon, and K. J. Vahala, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 96 (2006).
[CrossRef]

S. M. Spillane, T. J. Kippenberg, K. J. Vahala, K. W. Goh, E. Wilcut, and H. J. Kimble, Phys. Rev. A 71, 013817 (2005).
[CrossRef]

T. J. Kippenberg, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 93, 083904 (2004).
[CrossRef]

Kito, C.

Leo, G.

Leseman, Z. C.

Liao, M.

Liu, F.

Miyoshi, S.

Ohishi, Y.

Ozdemir, S. K.

Painter, O.

Park, Y. S.

Parker, J. M.

J. M. Parker, Annu. Rev. Mater. Sci. 19, 21 (1989).
[CrossRef]

Parrain, D.

Rokhsari, H.

H. Rokhsari, T. J. Kippenberg, T. Carmon, and K. J. Vahala, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 96 (2006).
[CrossRef]

Spillane, S. M.

S. M. Spillane, T. J. Kippenberg, K. J. Vahala, K. W. Goh, E. Wilcut, and H. J. Kimble, Phys. Rev. A 71, 013817 (2005).
[CrossRef]

T. J. Kippenberg, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 93, 083904 (2004).
[CrossRef]

Stapfner, S.

Suzuki, T.

Vahala, K.

Vahala, K. J.

H. Rokhsari, T. J. Kippenberg, T. Carmon, and K. J. Vahala, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 96 (2006).
[CrossRef]

S. M. Spillane, T. J. Kippenberg, K. J. Vahala, K. W. Goh, E. Wilcut, and H. J. Kimble, Phys. Rev. A 71, 013817 (2005).
[CrossRef]

T. J. Kippenberg, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 93, 083904 (2004).
[CrossRef]

L. Yang, D. K. Armani, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 83, 825 (2003).
[CrossRef]

K. J. Vahala, Nature 424, 839 (2003).
[CrossRef]

Vollmer, F.

F. Vollmer and S. Arnold, Nat. Methods 5, 591 (2008).
[CrossRef]

Wang, H.

Way, B.

Weig, E. M.

Wilcut, E.

S. M. Spillane, T. J. Kippenberg, K. J. Vahala, K. W. Goh, E. Wilcut, and H. J. Kimble, Phys. Rev. A 71, 013817 (2005).
[CrossRef]

Xiao, Y.-F.

Yan, X.

Yang, L.

Zhu, J.

Annu. Rev. Mater. Sci. (1)

J. M. Parker, Annu. Rev. Mater. Sci. 19, 21 (1989).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

L. Yang, D. K. Armani, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 83, 825 (2003).
[CrossRef]

IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. (1)

H. Rokhsari, T. J. Kippenberg, T. Carmon, and K. J. Vahala, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 96 (2006).
[CrossRef]

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

Laser Phys. (1)

V. S. Ilchenko and M. L. Gorodetskii, Laser Phys. 2, 1004 (1992).

Nat. Methods (1)

F. Vollmer and S. Arnold, Nat. Methods 5, 591 (2008).
[CrossRef]

Nature (1)

K. J. Vahala, Nature 424, 839 (2003).
[CrossRef]

Opt. Express (5)

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. A (1)

S. M. Spillane, T. J. Kippenberg, K. J. Vahala, K. W. Goh, E. Wilcut, and H. J. Kimble, Phys. Rev. A 71, 013817 (2005).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (1)

T. J. Kippenberg, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 93, 083904 (2004).
[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.


Metrics