Abstract

Based on a photonic-crystal slab structure, a 60° photonic-crystal waveguide bend is successfully fabricated. Its bending efficiency within the photonic bandgap is measured, and near 100% efficiency is observed at certain frequencies near the valence band edge. The bending radius is 1 μm at a wavelength of λ1.55 μm. The measured η spectrum also agrees well with a finite-difference time-domain simulation.

© 2001 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. H. Takeuchi and O. E. Kunishige, J. Lightwave Technol. 7, 1044 (1989).
    [CrossRef]
  2. For general reference, see Photonic Bandgap Materials, C. M. Soukoulis, ed., Vol. B308 of NATO ASI Series (Kluwer Academic, Dordrecht, The Netherlands, 1996).
    [CrossRef]
  3. J. D. Joannopoulos, R. D. Meade, and J. N. Winn, Photonic Crystals (Princeton U. Press, Princeton, N.J., 1995).
  4. M. M. Sigalas, R. Biswas, K. M. Ho, C. M. Soukoulis, D. Turner, B. Vasiliu, S. C. Kothari, and S. Y. Lin, Microwave Opt. Technol. Lett. 23, 56 (1999).
    [CrossRef]
  5. A. Mekis, J. C. Chen, I. Kurland, S. Fan, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. Lett. 77, 3787 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. S. Y. Lin, E. Chow, V. Hietala, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Science 282, 274 (1998).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. S. Rowson, A. Chelnokov, and J. M. Lourtioz, J. Lightwave Technol. 17, 1989 (1999).
    [CrossRef]
  8. S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, S. Fan, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 60, 5751 (1999).
    [CrossRef]
  9. E. Chow, S. Y. Lin, S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, J. D. Joannopoulos, J. R. Wendt, G. A. Vawter, W. Zubrzycki, H. Hou, and A. Alleman, Nature 407, 983 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. N. Fukaya, D. Ohsaki, and T. Baba, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 2619 (2000).
    [CrossRef]
  11. M. Tokushima, H. Kosaka, A. Tomita, and H. Yamada, Appl. Phys. Lett. 76, 952 (2000).
    [CrossRef]
  12. S. Y. Lin, E. Chow, S. G. Johnson, and J. D. Joannopoulos, Opt. Lett. 25, 1297 (2000).
    [CrossRef]
  13. S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, S. Fan, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 62, 8212 (2000).
    [CrossRef]
  14. The guiding modes are labeled px, py, and dxy because the field distributions around the line defect are very similar to the corresponding electronic states in atomic orbitals.  See Ref.  7 for a more detailed analysis of the field distribution.
  15. Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Opt. Lett. 25, 755 (2000).
    [CrossRef]

2000 (6)

E. Chow, S. Y. Lin, S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, J. D. Joannopoulos, J. R. Wendt, G. A. Vawter, W. Zubrzycki, H. Hou, and A. Alleman, Nature 407, 983 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

N. Fukaya, D. Ohsaki, and T. Baba, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 2619 (2000).
[CrossRef]

M. Tokushima, H. Kosaka, A. Tomita, and H. Yamada, Appl. Phys. Lett. 76, 952 (2000).
[CrossRef]

S. Y. Lin, E. Chow, S. G. Johnson, and J. D. Joannopoulos, Opt. Lett. 25, 1297 (2000).
[CrossRef]

S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, S. Fan, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 62, 8212 (2000).
[CrossRef]

Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Opt. Lett. 25, 755 (2000).
[CrossRef]

1999 (3)

M. M. Sigalas, R. Biswas, K. M. Ho, C. M. Soukoulis, D. Turner, B. Vasiliu, S. C. Kothari, and S. Y. Lin, Microwave Opt. Technol. Lett. 23, 56 (1999).
[CrossRef]

S. Rowson, A. Chelnokov, and J. M. Lourtioz, J. Lightwave Technol. 17, 1989 (1999).
[CrossRef]

S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, S. Fan, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 60, 5751 (1999).
[CrossRef]

1998 (1)

S. Y. Lin, E. Chow, V. Hietala, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Science 282, 274 (1998).
[CrossRef] [PubMed]

1996 (1)

A. Mekis, J. C. Chen, I. Kurland, S. Fan, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. Lett. 77, 3787 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

1989 (1)

H. Takeuchi and O. E. Kunishige, J. Lightwave Technol. 7, 1044 (1989).
[CrossRef]

Alleman, A.

E. Chow, S. Y. Lin, S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, J. D. Joannopoulos, J. R. Wendt, G. A. Vawter, W. Zubrzycki, H. Hou, and A. Alleman, Nature 407, 983 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Baba, T.

N. Fukaya, D. Ohsaki, and T. Baba, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 2619 (2000).
[CrossRef]

Biswas, R.

M. M. Sigalas, R. Biswas, K. M. Ho, C. M. Soukoulis, D. Turner, B. Vasiliu, S. C. Kothari, and S. Y. Lin, Microwave Opt. Technol. Lett. 23, 56 (1999).
[CrossRef]

Chelnokov, A.

Chen, J. C.

A. Mekis, J. C. Chen, I. Kurland, S. Fan, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. Lett. 77, 3787 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Chow, E.

E. Chow, S. Y. Lin, S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, J. D. Joannopoulos, J. R. Wendt, G. A. Vawter, W. Zubrzycki, H. Hou, and A. Alleman, Nature 407, 983 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

S. Y. Lin, E. Chow, S. G. Johnson, and J. D. Joannopoulos, Opt. Lett. 25, 1297 (2000).
[CrossRef]

S. Y. Lin, E. Chow, V. Hietala, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Science 282, 274 (1998).
[CrossRef] [PubMed]

Fan, S.

S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, S. Fan, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 62, 8212 (2000).
[CrossRef]

S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, S. Fan, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 60, 5751 (1999).
[CrossRef]

A. Mekis, J. C. Chen, I. Kurland, S. Fan, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. Lett. 77, 3787 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Fukaya, N.

N. Fukaya, D. Ohsaki, and T. Baba, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 2619 (2000).
[CrossRef]

Hietala, V.

S. Y. Lin, E. Chow, V. Hietala, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Science 282, 274 (1998).
[CrossRef] [PubMed]

Ho, K. M.

M. M. Sigalas, R. Biswas, K. M. Ho, C. M. Soukoulis, D. Turner, B. Vasiliu, S. C. Kothari, and S. Y. Lin, Microwave Opt. Technol. Lett. 23, 56 (1999).
[CrossRef]

Hou, H.

E. Chow, S. Y. Lin, S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, J. D. Joannopoulos, J. R. Wendt, G. A. Vawter, W. Zubrzycki, H. Hou, and A. Alleman, Nature 407, 983 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Joannopoulos, J. D.

E. Chow, S. Y. Lin, S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, J. D. Joannopoulos, J. R. Wendt, G. A. Vawter, W. Zubrzycki, H. Hou, and A. Alleman, Nature 407, 983 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, S. Fan, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 62, 8212 (2000).
[CrossRef]

S. Y. Lin, E. Chow, S. G. Johnson, and J. D. Joannopoulos, Opt. Lett. 25, 1297 (2000).
[CrossRef]

S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, S. Fan, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 60, 5751 (1999).
[CrossRef]

S. Y. Lin, E. Chow, V. Hietala, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Science 282, 274 (1998).
[CrossRef] [PubMed]

A. Mekis, J. C. Chen, I. Kurland, S. Fan, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. Lett. 77, 3787 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

J. D. Joannopoulos, R. D. Meade, and J. N. Winn, Photonic Crystals (Princeton U. Press, Princeton, N.J., 1995).

Johnson, S. G.

E. Chow, S. Y. Lin, S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, J. D. Joannopoulos, J. R. Wendt, G. A. Vawter, W. Zubrzycki, H. Hou, and A. Alleman, Nature 407, 983 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

S. Y. Lin, E. Chow, S. G. Johnson, and J. D. Joannopoulos, Opt. Lett. 25, 1297 (2000).
[CrossRef]

S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, S. Fan, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 62, 8212 (2000).
[CrossRef]

S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, S. Fan, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 60, 5751 (1999).
[CrossRef]

Kosaka, H.

M. Tokushima, H. Kosaka, A. Tomita, and H. Yamada, Appl. Phys. Lett. 76, 952 (2000).
[CrossRef]

Kothari, S. C.

M. M. Sigalas, R. Biswas, K. M. Ho, C. M. Soukoulis, D. Turner, B. Vasiliu, S. C. Kothari, and S. Y. Lin, Microwave Opt. Technol. Lett. 23, 56 (1999).
[CrossRef]

Kunishige, O. E.

H. Takeuchi and O. E. Kunishige, J. Lightwave Technol. 7, 1044 (1989).
[CrossRef]

Kurland, I.

A. Mekis, J. C. Chen, I. Kurland, S. Fan, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. Lett. 77, 3787 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Lee, R. K.

Lin, S. Y.

S. Y. Lin, E. Chow, S. G. Johnson, and J. D. Joannopoulos, Opt. Lett. 25, 1297 (2000).
[CrossRef]

E. Chow, S. Y. Lin, S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, J. D. Joannopoulos, J. R. Wendt, G. A. Vawter, W. Zubrzycki, H. Hou, and A. Alleman, Nature 407, 983 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

M. M. Sigalas, R. Biswas, K. M. Ho, C. M. Soukoulis, D. Turner, B. Vasiliu, S. C. Kothari, and S. Y. Lin, Microwave Opt. Technol. Lett. 23, 56 (1999).
[CrossRef]

S. Y. Lin, E. Chow, V. Hietala, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Science 282, 274 (1998).
[CrossRef] [PubMed]

Lourtioz, J. M.

Meade, R. D.

J. D. Joannopoulos, R. D. Meade, and J. N. Winn, Photonic Crystals (Princeton U. Press, Princeton, N.J., 1995).

Mekis, A.

A. Mekis, J. C. Chen, I. Kurland, S. Fan, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. Lett. 77, 3787 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Ohsaki, D.

N. Fukaya, D. Ohsaki, and T. Baba, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 2619 (2000).
[CrossRef]

Rowson, S.

Sigalas, M. M.

M. M. Sigalas, R. Biswas, K. M. Ho, C. M. Soukoulis, D. Turner, B. Vasiliu, S. C. Kothari, and S. Y. Lin, Microwave Opt. Technol. Lett. 23, 56 (1999).
[CrossRef]

Soukoulis, C. M.

M. M. Sigalas, R. Biswas, K. M. Ho, C. M. Soukoulis, D. Turner, B. Vasiliu, S. C. Kothari, and S. Y. Lin, Microwave Opt. Technol. Lett. 23, 56 (1999).
[CrossRef]

Takeuchi, H.

H. Takeuchi and O. E. Kunishige, J. Lightwave Technol. 7, 1044 (1989).
[CrossRef]

Tokushima, M.

M. Tokushima, H. Kosaka, A. Tomita, and H. Yamada, Appl. Phys. Lett. 76, 952 (2000).
[CrossRef]

Tomita, A.

M. Tokushima, H. Kosaka, A. Tomita, and H. Yamada, Appl. Phys. Lett. 76, 952 (2000).
[CrossRef]

Turner, D.

M. M. Sigalas, R. Biswas, K. M. Ho, C. M. Soukoulis, D. Turner, B. Vasiliu, S. C. Kothari, and S. Y. Lin, Microwave Opt. Technol. Lett. 23, 56 (1999).
[CrossRef]

Vasiliu, B.

M. M. Sigalas, R. Biswas, K. M. Ho, C. M. Soukoulis, D. Turner, B. Vasiliu, S. C. Kothari, and S. Y. Lin, Microwave Opt. Technol. Lett. 23, 56 (1999).
[CrossRef]

Vawter, G. A.

E. Chow, S. Y. Lin, S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, J. D. Joannopoulos, J. R. Wendt, G. A. Vawter, W. Zubrzycki, H. Hou, and A. Alleman, Nature 407, 983 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Villeneuve, P. R.

E. Chow, S. Y. Lin, S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, J. D. Joannopoulos, J. R. Wendt, G. A. Vawter, W. Zubrzycki, H. Hou, and A. Alleman, Nature 407, 983 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, S. Fan, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 62, 8212 (2000).
[CrossRef]

S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, S. Fan, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 60, 5751 (1999).
[CrossRef]

S. Y. Lin, E. Chow, V. Hietala, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Science 282, 274 (1998).
[CrossRef] [PubMed]

A. Mekis, J. C. Chen, I. Kurland, S. Fan, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. Lett. 77, 3787 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Wendt, J. R.

E. Chow, S. Y. Lin, S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, J. D. Joannopoulos, J. R. Wendt, G. A. Vawter, W. Zubrzycki, H. Hou, and A. Alleman, Nature 407, 983 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Winn, J. N.

J. D. Joannopoulos, R. D. Meade, and J. N. Winn, Photonic Crystals (Princeton U. Press, Princeton, N.J., 1995).

Xu, Y.

Yamada, H.

M. Tokushima, H. Kosaka, A. Tomita, and H. Yamada, Appl. Phys. Lett. 76, 952 (2000).
[CrossRef]

Yariv, A.

Zubrzycki, W.

E. Chow, S. Y. Lin, S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, J. D. Joannopoulos, J. R. Wendt, G. A. Vawter, W. Zubrzycki, H. Hou, and A. Alleman, Nature 407, 983 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Appl. Phys. Lett. (1)

M. Tokushima, H. Kosaka, A. Tomita, and H. Yamada, Appl. Phys. Lett. 76, 952 (2000).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol. (2)

H. Takeuchi and O. E. Kunishige, J. Lightwave Technol. 7, 1044 (1989).
[CrossRef]

S. Rowson, A. Chelnokov, and J. M. Lourtioz, J. Lightwave Technol. 17, 1989 (1999).
[CrossRef]

Jpn. J. Appl. Phys. (1)

N. Fukaya, D. Ohsaki, and T. Baba, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 2619 (2000).
[CrossRef]

Microwave Opt. Technol. Lett. (1)

M. M. Sigalas, R. Biswas, K. M. Ho, C. M. Soukoulis, D. Turner, B. Vasiliu, S. C. Kothari, and S. Y. Lin, Microwave Opt. Technol. Lett. 23, 56 (1999).
[CrossRef]

Nature (1)

E. Chow, S. Y. Lin, S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, J. D. Joannopoulos, J. R. Wendt, G. A. Vawter, W. Zubrzycki, H. Hou, and A. Alleman, Nature 407, 983 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. B (2)

S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, S. Fan, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 62, 8212 (2000).
[CrossRef]

S. G. Johnson, P. R. Villeneuve, S. Fan, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 60, 5751 (1999).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (1)

A. Mekis, J. C. Chen, I. Kurland, S. Fan, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. Lett. 77, 3787 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Science (1)

S. Y. Lin, E. Chow, V. Hietala, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Science 282, 274 (1998).
[CrossRef] [PubMed]

Other (3)

For general reference, see Photonic Bandgap Materials, C. M. Soukoulis, ed., Vol. B308 of NATO ASI Series (Kluwer Academic, Dordrecht, The Netherlands, 1996).
[CrossRef]

J. D. Joannopoulos, R. D. Meade, and J. N. Winn, Photonic Crystals (Princeton U. Press, Princeton, N.J., 1995).

The guiding modes are labeled px, py, and dxy because the field distributions around the line defect are very similar to the corresponding electronic states in atomic orbitals.  See Ref.  7 for a more detailed analysis of the field distribution.

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 (4)

Fig. 1
Fig. 1

Cross-section scanning electron microscope view of a photonic-crystal waveguide integrated with a ridge waveguide.

Fig. 2
Fig. 2

a, Top view of a double-bend device with two 60° bends indicated by two red circles. b, Top view of a 42–period straight photonic-crystal waveguide.

Fig. 3
Fig. 3

Intrinsic bending efficiency η plotted as function of ωa/λ within the photon bandgap. The different-colored symbols represent data taken with different values of a. FDTD, finite-difference time-domain.

Fig. 4
Fig. 4

Computed dispersion of the photonic-crystal waveguide. The three guiding modes are represented by different symbols. The conduction band (CB), valence band (VB), and light-cone regions are labeled.

Metrics