Abstract

Supercontinuum generation is demonstrated in an on-chip silica spiral waveguide by launching 180 fs pulses from an optical parametric oscillator at the center wavelength of 1330 nm. With a coupled pulse energy of 2.17 nJ, the broadest spectrum in the fundamental TM mode extends from 936 to 1888 nm (162 THz) at 50dB from peak. There is a good agreement between the measured spectrum and a simulation using a generalized nonlinear Schrödinger equation.

© 2014 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. G. P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics (Academic, 1995).
  2. J. K. Ranka, R. S. Windeler, and A. J. Stentz, Opt. Lett. 25, 25 (2000).
    [CrossRef]
  3. P. Russell, Science 299, 358 (2003).
    [CrossRef]
  4. J. M. Dudley, G. Genty, and S. Coen, Rev. Mod. Phys. 78, 1135 (2006).
    [CrossRef]
  5. S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
    [CrossRef]
  6. D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
    [CrossRef]
  7. I. Hartl, X. D. Li, C. Chudoba, R. K. Ghanta, T. H. Ko, J. G. Fujimoto, J. K. Ranka, and R. S. Windeler, Opt. Lett. 26, 608 (2001).
    [CrossRef]
  8. T. Morioka, H. Takara, S. Kawanishi, O. Kamatani, K. Takiguchi, K. Uchiyama, M. Saruwatari, H. Takahashi, M. Yamada, T. Kanamori, and H. Ono, Electron. Lett. 32, 906 (1996).
    [CrossRef]
  9. S. Kawanishi, H. Takara, K. Uchiyama, I. Shake, and K. Mori, Electron. Lett. 35, 826 (1999).
    [CrossRef]
  10. I. W. Hsieh, X. Chen, X. Liu, J. I. Dadap, N. C. Panoiu, C. Y. Chou, F. Xia, W. M. Green, Y. A. Vlasov, and R. M. Osgood, Opt. Express 15, 15242 (2007).
    [CrossRef]
  11. Q. Lin, O. J. Painter, and G. P. Agrawal, Opt. Express 15, 16604 (2007).
    [CrossRef]
  12. L. Yin, Q. Lin, and G. P. Agrawal, Opt. Lett. 32, 391 (2007).
    [CrossRef]
  13. M. R. Lamont, B. L. Davies, D. Y. Choi, S. Madden, and B. J. Eggleton, Opt. Express 16, 14938 (2008).
    [CrossRef]
  14. A. C. Judge, S. A. Dekker, R. Pant, C. M. Sterke, and B. J. Eggleton, Opt. Express 18, 14960 (2010).
    [CrossRef]
  15. L. Zhang, Y. Yan, Y. Yue, Q. Lin, O. J. Painter, R. G. Beausoleil, and A. E. Willner, Opt. Express 19, 11584 (2011).
    [CrossRef]
  16. R. Halir, Y. Okawachi, J. S. Levy, M. A. Foster, M. Lipson, and A. L. Gaeta, Opt. Lett. 37, 1685 (2012).
    [CrossRef]
  17. D. Milam, Appl. Opt. 37, 546 (1998).
    [CrossRef]
  18. D. J. Moss, R. Morandotti, A. L. Gaeta, and M. Lipson, Nat. Photonics 7, 597 (2013).
    [CrossRef]
  19. H. Lee, T. Chen, J. Li, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Commun. 3, 867 (2012).
    [CrossRef]
  20. T. Chen, H. Lee, J. Li, and K. J. Vahala, Opt. Express 20, 22819 (2012).
    [CrossRef]
  21. J. M. Dudley and J. R. Taylor, Supercontinuum Generation in Optical Fibers (Cambridge University, 2010).
  22. Q. Lin and G. P. Agrawal, Opt. Lett. 31, 3086 (2006).
    [CrossRef]

2013 (1)

D. J. Moss, R. Morandotti, A. L. Gaeta, and M. Lipson, Nat. Photonics 7, 597 (2013).
[CrossRef]

2012 (3)

2011 (1)

2010 (1)

2008 (1)

2007 (3)

2006 (2)

Q. Lin and G. P. Agrawal, Opt. Lett. 31, 3086 (2006).
[CrossRef]

J. M. Dudley, G. Genty, and S. Coen, Rev. Mod. Phys. 78, 1135 (2006).
[CrossRef]

2003 (1)

P. Russell, Science 299, 358 (2003).
[CrossRef]

2001 (1)

2000 (3)

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

J. K. Ranka, R. S. Windeler, and A. J. Stentz, Opt. Lett. 25, 25 (2000).
[CrossRef]

1999 (1)

S. Kawanishi, H. Takara, K. Uchiyama, I. Shake, and K. Mori, Electron. Lett. 35, 826 (1999).
[CrossRef]

1998 (1)

1996 (1)

T. Morioka, H. Takara, S. Kawanishi, O. Kamatani, K. Takiguchi, K. Uchiyama, M. Saruwatari, H. Takahashi, M. Yamada, T. Kanamori, and H. Ono, Electron. Lett. 32, 906 (1996).
[CrossRef]

Agrawal, G. P.

Beausoleil, R. G.

Chen, T.

T. Chen, H. Lee, J. Li, and K. J. Vahala, Opt. Express 20, 22819 (2012).
[CrossRef]

H. Lee, T. Chen, J. Li, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Commun. 3, 867 (2012).
[CrossRef]

Chen, X.

Choi, D. Y.

Chou, C. Y.

Chudoba, C.

Coen, S.

J. M. Dudley, G. Genty, and S. Coen, Rev. Mod. Phys. 78, 1135 (2006).
[CrossRef]

Cundiff, S. T.

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

Dadap, J. I.

Davies, B. L.

Dekker, S. A.

Diddams, S. A.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

Dudley, J. M.

J. M. Dudley, G. Genty, and S. Coen, Rev. Mod. Phys. 78, 1135 (2006).
[CrossRef]

J. M. Dudley and J. R. Taylor, Supercontinuum Generation in Optical Fibers (Cambridge University, 2010).

Eggleton, B. J.

Foster, M. A.

Fujimoto, J. G.

Gaeta, A. L.

D. J. Moss, R. Morandotti, A. L. Gaeta, and M. Lipson, Nat. Photonics 7, 597 (2013).
[CrossRef]

R. Halir, Y. Okawachi, J. S. Levy, M. A. Foster, M. Lipson, and A. L. Gaeta, Opt. Lett. 37, 1685 (2012).
[CrossRef]

Genty, G.

J. M. Dudley, G. Genty, and S. Coen, Rev. Mod. Phys. 78, 1135 (2006).
[CrossRef]

Ghanta, R. K.

Green, W. M.

Halir, R.

Hall, J. L.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

Hänsch, T. W.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

Hartl, I.

Holzwarth, R.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

Hsieh, I. W.

Jones, D. J.

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

Judge, A. C.

Kamatani, O.

T. Morioka, H. Takara, S. Kawanishi, O. Kamatani, K. Takiguchi, K. Uchiyama, M. Saruwatari, H. Takahashi, M. Yamada, T. Kanamori, and H. Ono, Electron. Lett. 32, 906 (1996).
[CrossRef]

Kanamori, T.

T. Morioka, H. Takara, S. Kawanishi, O. Kamatani, K. Takiguchi, K. Uchiyama, M. Saruwatari, H. Takahashi, M. Yamada, T. Kanamori, and H. Ono, Electron. Lett. 32, 906 (1996).
[CrossRef]

Kawanishi, S.

S. Kawanishi, H. Takara, K. Uchiyama, I. Shake, and K. Mori, Electron. Lett. 35, 826 (1999).
[CrossRef]

T. Morioka, H. Takara, S. Kawanishi, O. Kamatani, K. Takiguchi, K. Uchiyama, M. Saruwatari, H. Takahashi, M. Yamada, T. Kanamori, and H. Ono, Electron. Lett. 32, 906 (1996).
[CrossRef]

Ko, T. H.

Lamont, M. R.

Lee, H.

H. Lee, T. Chen, J. Li, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Commun. 3, 867 (2012).
[CrossRef]

T. Chen, H. Lee, J. Li, and K. J. Vahala, Opt. Express 20, 22819 (2012).
[CrossRef]

Levy, J. S.

Li, J.

T. Chen, H. Lee, J. Li, and K. J. Vahala, Opt. Express 20, 22819 (2012).
[CrossRef]

H. Lee, T. Chen, J. Li, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Commun. 3, 867 (2012).
[CrossRef]

Li, X. D.

Lin, Q.

Lipson, M.

D. J. Moss, R. Morandotti, A. L. Gaeta, and M. Lipson, Nat. Photonics 7, 597 (2013).
[CrossRef]

R. Halir, Y. Okawachi, J. S. Levy, M. A. Foster, M. Lipson, and A. L. Gaeta, Opt. Lett. 37, 1685 (2012).
[CrossRef]

Liu, X.

Madden, S.

Milam, D.

Morandotti, R.

D. J. Moss, R. Morandotti, A. L. Gaeta, and M. Lipson, Nat. Photonics 7, 597 (2013).
[CrossRef]

Mori, K.

S. Kawanishi, H. Takara, K. Uchiyama, I. Shake, and K. Mori, Electron. Lett. 35, 826 (1999).
[CrossRef]

Morioka, T.

T. Morioka, H. Takara, S. Kawanishi, O. Kamatani, K. Takiguchi, K. Uchiyama, M. Saruwatari, H. Takahashi, M. Yamada, T. Kanamori, and H. Ono, Electron. Lett. 32, 906 (1996).
[CrossRef]

Moss, D. J.

D. J. Moss, R. Morandotti, A. L. Gaeta, and M. Lipson, Nat. Photonics 7, 597 (2013).
[CrossRef]

Okawachi, Y.

Ono, H.

T. Morioka, H. Takara, S. Kawanishi, O. Kamatani, K. Takiguchi, K. Uchiyama, M. Saruwatari, H. Takahashi, M. Yamada, T. Kanamori, and H. Ono, Electron. Lett. 32, 906 (1996).
[CrossRef]

Osgood, R. M.

Painter, O.

H. Lee, T. Chen, J. Li, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Commun. 3, 867 (2012).
[CrossRef]

Painter, O. J.

Panoiu, N. C.

Pant, R.

Ranka, J. K.

I. Hartl, X. D. Li, C. Chudoba, R. K. Ghanta, T. H. Ko, J. G. Fujimoto, J. K. Ranka, and R. S. Windeler, Opt. Lett. 26, 608 (2001).
[CrossRef]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

J. K. Ranka, R. S. Windeler, and A. J. Stentz, Opt. Lett. 25, 25 (2000).
[CrossRef]

Russell, P.

P. Russell, Science 299, 358 (2003).
[CrossRef]

Saruwatari, M.

T. Morioka, H. Takara, S. Kawanishi, O. Kamatani, K. Takiguchi, K. Uchiyama, M. Saruwatari, H. Takahashi, M. Yamada, T. Kanamori, and H. Ono, Electron. Lett. 32, 906 (1996).
[CrossRef]

Shake, I.

S. Kawanishi, H. Takara, K. Uchiyama, I. Shake, and K. Mori, Electron. Lett. 35, 826 (1999).
[CrossRef]

Stentz, A.

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

Stentz, A. J.

Sterke, C. M.

Takahashi, H.

T. Morioka, H. Takara, S. Kawanishi, O. Kamatani, K. Takiguchi, K. Uchiyama, M. Saruwatari, H. Takahashi, M. Yamada, T. Kanamori, and H. Ono, Electron. Lett. 32, 906 (1996).
[CrossRef]

Takara, H.

S. Kawanishi, H. Takara, K. Uchiyama, I. Shake, and K. Mori, Electron. Lett. 35, 826 (1999).
[CrossRef]

T. Morioka, H. Takara, S. Kawanishi, O. Kamatani, K. Takiguchi, K. Uchiyama, M. Saruwatari, H. Takahashi, M. Yamada, T. Kanamori, and H. Ono, Electron. Lett. 32, 906 (1996).
[CrossRef]

Takiguchi, K.

T. Morioka, H. Takara, S. Kawanishi, O. Kamatani, K. Takiguchi, K. Uchiyama, M. Saruwatari, H. Takahashi, M. Yamada, T. Kanamori, and H. Ono, Electron. Lett. 32, 906 (1996).
[CrossRef]

Taylor, J. R.

J. M. Dudley and J. R. Taylor, Supercontinuum Generation in Optical Fibers (Cambridge University, 2010).

Uchiyama, K.

S. Kawanishi, H. Takara, K. Uchiyama, I. Shake, and K. Mori, Electron. Lett. 35, 826 (1999).
[CrossRef]

T. Morioka, H. Takara, S. Kawanishi, O. Kamatani, K. Takiguchi, K. Uchiyama, M. Saruwatari, H. Takahashi, M. Yamada, T. Kanamori, and H. Ono, Electron. Lett. 32, 906 (1996).
[CrossRef]

Udem, T.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

Vahala, K. J.

T. Chen, H. Lee, J. Li, and K. J. Vahala, Opt. Express 20, 22819 (2012).
[CrossRef]

H. Lee, T. Chen, J. Li, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Commun. 3, 867 (2012).
[CrossRef]

Vlasov, Y. A.

Willner, A. E.

Windeler, R. S.

I. Hartl, X. D. Li, C. Chudoba, R. K. Ghanta, T. H. Ko, J. G. Fujimoto, J. K. Ranka, and R. S. Windeler, Opt. Lett. 26, 608 (2001).
[CrossRef]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

J. K. Ranka, R. S. Windeler, and A. J. Stentz, Opt. Lett. 25, 25 (2000).
[CrossRef]

Xia, F.

Yamada, M.

T. Morioka, H. Takara, S. Kawanishi, O. Kamatani, K. Takiguchi, K. Uchiyama, M. Saruwatari, H. Takahashi, M. Yamada, T. Kanamori, and H. Ono, Electron. Lett. 32, 906 (1996).
[CrossRef]

Yan, Y.

Ye, J.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

Yin, L.

Yue, Y.

Zhang, L.

Appl. Opt. (1)

Electron. Lett. (2)

T. Morioka, H. Takara, S. Kawanishi, O. Kamatani, K. Takiguchi, K. Uchiyama, M. Saruwatari, H. Takahashi, M. Yamada, T. Kanamori, and H. Ono, Electron. Lett. 32, 906 (1996).
[CrossRef]

S. Kawanishi, H. Takara, K. Uchiyama, I. Shake, and K. Mori, Electron. Lett. 35, 826 (1999).
[CrossRef]

Nat. Commun. (1)

H. Lee, T. Chen, J. Li, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Commun. 3, 867 (2012).
[CrossRef]

Nat. Photonics (1)

D. J. Moss, R. Morandotti, A. L. Gaeta, and M. Lipson, Nat. Photonics 7, 597 (2013).
[CrossRef]

Opt. Express (6)

Opt. Lett. (5)

Phys. Rev. Lett. (1)

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

Rev. Mod. Phys. (1)

J. M. Dudley, G. Genty, and S. Coen, Rev. Mod. Phys. 78, 1135 (2006).
[CrossRef]

Science (2)

P. Russell, Science 299, 358 (2003).
[CrossRef]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

Other (2)

J. M. Dudley and J. R. Taylor, Supercontinuum Generation in Optical Fibers (Cambridge University, 2010).

G. P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics (Academic, 1995).

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.

Low-loss silica-on-silicon waveguide and experimental setup. (a) Photograph of the sample showing four cascaded spiral waveguides. (b) Experimental setup for SCG and characterization using the silica waveguide. OPO, optical parametric oscillator; OSA, optical spectrum analyzer. (c) Close-up view of the optical coupling stage, imaging objectives, and spiral waveguide chip.

Fig. 2.
Fig. 2.

Spectral broadening in the fundamental TM mode measured at a series of pulse energies. The blue solid curves are measured spectra, and the dashed curves in light blue are spectra from the simulation.

Fig. 3.
Fig. 3.

Calculated dispersion and nonlinearity of the fundamental TM mode at a series of radii that occur at the inner and outer waveguides within each spiral.

Equations (1)

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

A˜z=iγ(z,ω)eL(z,ω)z×F{A(z,T)R(T)|A(z,TT)|2dT},

Metrics