Abstract

We report on what is to our knowledge the first demonstration of all-optical switching in two integrated nonlinear directional couplers cascaded together in series. The directional couplers were fabricated from AlGaAs and operated at a wavelength of 1.53 μm, which corresponded to the half-band gap. The two devices were fabricated on the same chip, thereby eliminating coupling and reflection losses. We also report on the effects of pulse breakup.

© 1995 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. G. I. Stegeman, E. M. Wright, Opt. Quantum Electron. 22, 95 (1990).
    [CrossRef]
  2. A. Villeneuve, C. C. Yang, P. G. J. Wigley, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, Appl. Phys. Lett. 61, 147 (1992).
    [CrossRef]
  3. K. Al-Hemyari, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, G. T. Kennedy, R. S. Grant, W. Sibbett, Electron. Lett. 27, 1090 (1992).
    [CrossRef]
  4. J. S. Aitchison, A. Villeneuve, G. I. Stegeman, Opt. Lett. 18, 1153 (1993).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. M. N. Islam, Ultrafast Fiber Switching Devices and Systems (Cambridge U. Press, Cambridge, 1992).
  6. M. Asobe, H. Kobayashi, H. Itoh, T. Kanomori, Opt. Lett. 18, 1056 (1993).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. D. A. O. Davies, M. A. Fisher, D. J. Elton, S. D. Perrin, M. J. Adams, G. T. Kennedy, R. S. Grant, P. D. Roberts, W. Sibbett, Electron. Lett. 29, 1710 (1993).
    [CrossRef]
  8. S. G. Lee, B. P. McGinnis, R. Jin, J. Yumoto, G. Khitrova, H. M. Gibbs, R. Binder, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Appl. Phys. 64, 454 (1994).
  9. D. C. Hutchings, B. S. Wherrett, Phys. Rev. B 50, 4622 (1994).
    [CrossRef]
  10. A. Villeneuve, J. S. Aitchison, B. Vögele, R. Tapella, J. U. Kang, C. Trevino, G. I. Stegeman, “New waveguide design for minimum nonlinear effective area and switching energy in AlGaAs at half the band gap,” submitted to Electron. Lett.
  11. C. C. Yang, A. Villeneuve, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, Opt. Lett. 17, 710 (1992).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. J. L. Jackel, IEEE J. Quantum Electron. 26, 622 (1990).
    [CrossRef]
  13. A. Villeneuve, P. Mamyshev, J. U. Kang, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, “Time-domain all-optical demultiplexing with a semiconductor directional coupler,” Appl. Phys. Lett. (to be published).

1994 (2)

S. G. Lee, B. P. McGinnis, R. Jin, J. Yumoto, G. Khitrova, H. M. Gibbs, R. Binder, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Appl. Phys. 64, 454 (1994).

D. C. Hutchings, B. S. Wherrett, Phys. Rev. B 50, 4622 (1994).
[CrossRef]

1993 (3)

J. S. Aitchison, A. Villeneuve, G. I. Stegeman, Opt. Lett. 18, 1153 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

M. Asobe, H. Kobayashi, H. Itoh, T. Kanomori, Opt. Lett. 18, 1056 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

D. A. O. Davies, M. A. Fisher, D. J. Elton, S. D. Perrin, M. J. Adams, G. T. Kennedy, R. S. Grant, P. D. Roberts, W. Sibbett, Electron. Lett. 29, 1710 (1993).
[CrossRef]

1992 (3)

A. Villeneuve, C. C. Yang, P. G. J. Wigley, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, Appl. Phys. Lett. 61, 147 (1992).
[CrossRef]

K. Al-Hemyari, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, G. T. Kennedy, R. S. Grant, W. Sibbett, Electron. Lett. 27, 1090 (1992).
[CrossRef]

C. C. Yang, A. Villeneuve, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, Opt. Lett. 17, 710 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

1990 (2)

J. L. Jackel, IEEE J. Quantum Electron. 26, 622 (1990).
[CrossRef]

G. I. Stegeman, E. M. Wright, Opt. Quantum Electron. 22, 95 (1990).
[CrossRef]

Adams, M. J.

D. A. O. Davies, M. A. Fisher, D. J. Elton, S. D. Perrin, M. J. Adams, G. T. Kennedy, R. S. Grant, P. D. Roberts, W. Sibbett, Electron. Lett. 29, 1710 (1993).
[CrossRef]

Aitchison, J. S.

J. S. Aitchison, A. Villeneuve, G. I. Stegeman, Opt. Lett. 18, 1153 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

K. Al-Hemyari, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, G. T. Kennedy, R. S. Grant, W. Sibbett, Electron. Lett. 27, 1090 (1992).
[CrossRef]

A. Villeneuve, C. C. Yang, P. G. J. Wigley, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, Appl. Phys. Lett. 61, 147 (1992).
[CrossRef]

C. C. Yang, A. Villeneuve, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, Opt. Lett. 17, 710 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

A. Villeneuve, P. Mamyshev, J. U. Kang, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, “Time-domain all-optical demultiplexing with a semiconductor directional coupler,” Appl. Phys. Lett. (to be published).

A. Villeneuve, J. S. Aitchison, B. Vögele, R. Tapella, J. U. Kang, C. Trevino, G. I. Stegeman, “New waveguide design for minimum nonlinear effective area and switching energy in AlGaAs at half the band gap,” submitted to Electron. Lett.

Al-Hemyari, K.

K. Al-Hemyari, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, G. T. Kennedy, R. S. Grant, W. Sibbett, Electron. Lett. 27, 1090 (1992).
[CrossRef]

Asobe, M.

Binder, R.

S. G. Lee, B. P. McGinnis, R. Jin, J. Yumoto, G. Khitrova, H. M. Gibbs, R. Binder, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Appl. Phys. 64, 454 (1994).

Davies, D. A. O.

D. A. O. Davies, M. A. Fisher, D. J. Elton, S. D. Perrin, M. J. Adams, G. T. Kennedy, R. S. Grant, P. D. Roberts, W. Sibbett, Electron. Lett. 29, 1710 (1993).
[CrossRef]

Elton, D. J.

D. A. O. Davies, M. A. Fisher, D. J. Elton, S. D. Perrin, M. J. Adams, G. T. Kennedy, R. S. Grant, P. D. Roberts, W. Sibbett, Electron. Lett. 29, 1710 (1993).
[CrossRef]

Fisher, M. A.

D. A. O. Davies, M. A. Fisher, D. J. Elton, S. D. Perrin, M. J. Adams, G. T. Kennedy, R. S. Grant, P. D. Roberts, W. Sibbett, Electron. Lett. 29, 1710 (1993).
[CrossRef]

Gibbs, H. M.

S. G. Lee, B. P. McGinnis, R. Jin, J. Yumoto, G. Khitrova, H. M. Gibbs, R. Binder, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Appl. Phys. 64, 454 (1994).

Grant, R. S.

D. A. O. Davies, M. A. Fisher, D. J. Elton, S. D. Perrin, M. J. Adams, G. T. Kennedy, R. S. Grant, P. D. Roberts, W. Sibbett, Electron. Lett. 29, 1710 (1993).
[CrossRef]

K. Al-Hemyari, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, G. T. Kennedy, R. S. Grant, W. Sibbett, Electron. Lett. 27, 1090 (1992).
[CrossRef]

Hutchings, D. C.

D. C. Hutchings, B. S. Wherrett, Phys. Rev. B 50, 4622 (1994).
[CrossRef]

Ironside, C. N.

K. Al-Hemyari, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, G. T. Kennedy, R. S. Grant, W. Sibbett, Electron. Lett. 27, 1090 (1992).
[CrossRef]

A. Villeneuve, C. C. Yang, P. G. J. Wigley, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, Appl. Phys. Lett. 61, 147 (1992).
[CrossRef]

A. Villeneuve, P. Mamyshev, J. U. Kang, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, “Time-domain all-optical demultiplexing with a semiconductor directional coupler,” Appl. Phys. Lett. (to be published).

Islam, M. N.

M. N. Islam, Ultrafast Fiber Switching Devices and Systems (Cambridge U. Press, Cambridge, 1992).

Itoh, H.

Jackel, J. L.

J. L. Jackel, IEEE J. Quantum Electron. 26, 622 (1990).
[CrossRef]

Jin, R.

S. G. Lee, B. P. McGinnis, R. Jin, J. Yumoto, G. Khitrova, H. M. Gibbs, R. Binder, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Appl. Phys. 64, 454 (1994).

Kang, J. U.

A. Villeneuve, P. Mamyshev, J. U. Kang, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, “Time-domain all-optical demultiplexing with a semiconductor directional coupler,” Appl. Phys. Lett. (to be published).

A. Villeneuve, J. S. Aitchison, B. Vögele, R. Tapella, J. U. Kang, C. Trevino, G. I. Stegeman, “New waveguide design for minimum nonlinear effective area and switching energy in AlGaAs at half the band gap,” submitted to Electron. Lett.

Kanomori, T.

Kennedy, G. T.

D. A. O. Davies, M. A. Fisher, D. J. Elton, S. D. Perrin, M. J. Adams, G. T. Kennedy, R. S. Grant, P. D. Roberts, W. Sibbett, Electron. Lett. 29, 1710 (1993).
[CrossRef]

K. Al-Hemyari, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, G. T. Kennedy, R. S. Grant, W. Sibbett, Electron. Lett. 27, 1090 (1992).
[CrossRef]

Khitrova, G.

S. G. Lee, B. P. McGinnis, R. Jin, J. Yumoto, G. Khitrova, H. M. Gibbs, R. Binder, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Appl. Phys. 64, 454 (1994).

Kobayashi, H.

Koch, S. W.

S. G. Lee, B. P. McGinnis, R. Jin, J. Yumoto, G. Khitrova, H. M. Gibbs, R. Binder, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Appl. Phys. 64, 454 (1994).

Lee, S. G.

S. G. Lee, B. P. McGinnis, R. Jin, J. Yumoto, G. Khitrova, H. M. Gibbs, R. Binder, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Appl. Phys. 64, 454 (1994).

Mamyshev, P.

A. Villeneuve, P. Mamyshev, J. U. Kang, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, “Time-domain all-optical demultiplexing with a semiconductor directional coupler,” Appl. Phys. Lett. (to be published).

McGinnis, B. P.

S. G. Lee, B. P. McGinnis, R. Jin, J. Yumoto, G. Khitrova, H. M. Gibbs, R. Binder, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Appl. Phys. 64, 454 (1994).

Perrin, S. D.

D. A. O. Davies, M. A. Fisher, D. J. Elton, S. D. Perrin, M. J. Adams, G. T. Kennedy, R. S. Grant, P. D. Roberts, W. Sibbett, Electron. Lett. 29, 1710 (1993).
[CrossRef]

Peyghambarian, N.

S. G. Lee, B. P. McGinnis, R. Jin, J. Yumoto, G. Khitrova, H. M. Gibbs, R. Binder, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Appl. Phys. 64, 454 (1994).

Roberts, P. D.

D. A. O. Davies, M. A. Fisher, D. J. Elton, S. D. Perrin, M. J. Adams, G. T. Kennedy, R. S. Grant, P. D. Roberts, W. Sibbett, Electron. Lett. 29, 1710 (1993).
[CrossRef]

Sibbett, W.

D. A. O. Davies, M. A. Fisher, D. J. Elton, S. D. Perrin, M. J. Adams, G. T. Kennedy, R. S. Grant, P. D. Roberts, W. Sibbett, Electron. Lett. 29, 1710 (1993).
[CrossRef]

K. Al-Hemyari, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, G. T. Kennedy, R. S. Grant, W. Sibbett, Electron. Lett. 27, 1090 (1992).
[CrossRef]

Stegeman, G. I.

J. S. Aitchison, A. Villeneuve, G. I. Stegeman, Opt. Lett. 18, 1153 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

A. Villeneuve, C. C. Yang, P. G. J. Wigley, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, Appl. Phys. Lett. 61, 147 (1992).
[CrossRef]

C. C. Yang, A. Villeneuve, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, Opt. Lett. 17, 710 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

G. I. Stegeman, E. M. Wright, Opt. Quantum Electron. 22, 95 (1990).
[CrossRef]

A. Villeneuve, P. Mamyshev, J. U. Kang, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, “Time-domain all-optical demultiplexing with a semiconductor directional coupler,” Appl. Phys. Lett. (to be published).

A. Villeneuve, J. S. Aitchison, B. Vögele, R. Tapella, J. U. Kang, C. Trevino, G. I. Stegeman, “New waveguide design for minimum nonlinear effective area and switching energy in AlGaAs at half the band gap,” submitted to Electron. Lett.

Tapella, R.

A. Villeneuve, J. S. Aitchison, B. Vögele, R. Tapella, J. U. Kang, C. Trevino, G. I. Stegeman, “New waveguide design for minimum nonlinear effective area and switching energy in AlGaAs at half the band gap,” submitted to Electron. Lett.

Trevino, C.

A. Villeneuve, J. S. Aitchison, B. Vögele, R. Tapella, J. U. Kang, C. Trevino, G. I. Stegeman, “New waveguide design for minimum nonlinear effective area and switching energy in AlGaAs at half the band gap,” submitted to Electron. Lett.

Villeneuve, A.

J. S. Aitchison, A. Villeneuve, G. I. Stegeman, Opt. Lett. 18, 1153 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

A. Villeneuve, C. C. Yang, P. G. J. Wigley, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, Appl. Phys. Lett. 61, 147 (1992).
[CrossRef]

C. C. Yang, A. Villeneuve, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, Opt. Lett. 17, 710 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

A. Villeneuve, J. S. Aitchison, B. Vögele, R. Tapella, J. U. Kang, C. Trevino, G. I. Stegeman, “New waveguide design for minimum nonlinear effective area and switching energy in AlGaAs at half the band gap,” submitted to Electron. Lett.

A. Villeneuve, P. Mamyshev, J. U. Kang, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, “Time-domain all-optical demultiplexing with a semiconductor directional coupler,” Appl. Phys. Lett. (to be published).

Vögele, B.

A. Villeneuve, J. S. Aitchison, B. Vögele, R. Tapella, J. U. Kang, C. Trevino, G. I. Stegeman, “New waveguide design for minimum nonlinear effective area and switching energy in AlGaAs at half the band gap,” submitted to Electron. Lett.

Wherrett, B. S.

D. C. Hutchings, B. S. Wherrett, Phys. Rev. B 50, 4622 (1994).
[CrossRef]

Wigley, P. G. J.

A. Villeneuve, C. C. Yang, P. G. J. Wigley, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, Appl. Phys. Lett. 61, 147 (1992).
[CrossRef]

Wright, E. M.

G. I. Stegeman, E. M. Wright, Opt. Quantum Electron. 22, 95 (1990).
[CrossRef]

Yang, C. C.

A. Villeneuve, C. C. Yang, P. G. J. Wigley, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, Appl. Phys. Lett. 61, 147 (1992).
[CrossRef]

C. C. Yang, A. Villeneuve, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, Opt. Lett. 17, 710 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

Yumoto, J.

S. G. Lee, B. P. McGinnis, R. Jin, J. Yumoto, G. Khitrova, H. M. Gibbs, R. Binder, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Appl. Phys. 64, 454 (1994).

Appl. Phys. (1)

S. G. Lee, B. P. McGinnis, R. Jin, J. Yumoto, G. Khitrova, H. M. Gibbs, R. Binder, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Appl. Phys. 64, 454 (1994).

Appl. Phys. Lett. (1)

A. Villeneuve, C. C. Yang, P. G. J. Wigley, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, Appl. Phys. Lett. 61, 147 (1992).
[CrossRef]

Electron. Lett. (2)

K. Al-Hemyari, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, G. T. Kennedy, R. S. Grant, W. Sibbett, Electron. Lett. 27, 1090 (1992).
[CrossRef]

D. A. O. Davies, M. A. Fisher, D. J. Elton, S. D. Perrin, M. J. Adams, G. T. Kennedy, R. S. Grant, P. D. Roberts, W. Sibbett, Electron. Lett. 29, 1710 (1993).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (1)

J. L. Jackel, IEEE J. Quantum Electron. 26, 622 (1990).
[CrossRef]

Opt. Lett. (3)

Opt. Quantum Electron. (1)

G. I. Stegeman, E. M. Wright, Opt. Quantum Electron. 22, 95 (1990).
[CrossRef]

Phys. Rev. B (1)

D. C. Hutchings, B. S. Wherrett, Phys. Rev. B 50, 4622 (1994).
[CrossRef]

Other (3)

A. Villeneuve, J. S. Aitchison, B. Vögele, R. Tapella, J. U. Kang, C. Trevino, G. I. Stegeman, “New waveguide design for minimum nonlinear effective area and switching energy in AlGaAs at half the band gap,” submitted to Electron. Lett.

M. N. Islam, Ultrafast Fiber Switching Devices and Systems (Cambridge U. Press, Cambridge, 1992).

A. Villeneuve, P. Mamyshev, J. U. Kang, G. I. Stegeman, J. S. Aitchison, C. N. Ironside, “Time-domain all-optical demultiplexing with a semiconductor directional coupler,” Appl. Phys. Lett. (to be published).

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

Transmission characteristics of two cascaded couplers, showing the transmission of the bar (+), cross 2 (▵), and cross 1 (○) states as a function of the input intensity. The inset shows a schematic of the structure used for the two cascaded directional couplers.

Fig. 2
Fig. 2

Experimentally measured autocorrelations for the cross 1, cross 2, and bar states.

Fig. 3
Fig. 3

Coupled-mode simulation of two cascaded directional couplers of length 0.9Lc, showing the effects of pulse breakup, for the bar (solid curve), cross 2 (dashed-dotted curve), and cross 1 (dashed curve) states.

Equations (2)

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

i d q 1 , 2 d ζ + i A q 1 , 2 + ( 1 + i T 8 π ) | q 1 , 2 | 2 q 1 , 2 + i V 8 π 2 | q 1 , 2 | 4 q 1 , 2 + π 2 q 2 , 1 = 0 ,
V = I c λ β 3 n 2 , T = 2 β 2 λ n 2 ,

Metrics