Abstract

We characterize the transmission spectra of out-of-plane, normal-incidence light of two-dimensional silicon photonic crystal slabs and observe excellent agreement between the measured data and finite-difference time-domain simulations over the 1050–1600-nm wavelength range. Crystals that are 340 nm thick and have holes of 330-nm radius on a square lattice of 998-nm pitch show 20-dB extinction in transmission from 1220 to 1255 nm. Increasing the hole radius to 450 nm broadens the extinction band further, and we obtain >85% extinction from 1310 to 1550 nm. Discrepancies between simulation and measurement are ascribed to disorder in the photonic lattice, which is measured through image processing on high-resolution scanning electron micrographs. Analysis of crystal imperfections indicates that they tend to average out narrowband spectral features, while having relatively small effects on broadband features.

© 2004 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. Kanskar, P. Paddon, V. Pacradouni, R. Morin, A. Busch, J. F. Young, S. R. Johnson, J. Mackenzie, and T. Tiedje, Appl. Phys. Lett. 70, 1438 (1997).
    [CrossRef]
  2. V. N. Astratov, I. S. Culshaw, R. M. Stevenson, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, T. F. Krauss, and R. M. De La Rue, J. Lightwave Technol. 17, 2050 (1999).
    [CrossRef]
  3. S. Fan and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 65, 235112 (2002).
    [CrossRef]
  4. A. Erchak, D. J. Ripin, S. Fan, P. Rakich, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, G. S. Petrich, and L. A. Kolodziejski, Appl. Phys. Lett. 78, 563 (2001).
    [CrossRef]
  5. H. Y. Ryu, Y. H. Lee, R. L. Sellin, and D. Bimberg, Appl. Phys. Lett. 79, 3573 (2001).
    [CrossRef]
  6. M. Meier, A. Mekis, A. Dodabalapur, A. A. Timko, R. E. Slusher, J. D. Joannopoulos, and O. Nalamasu, Appl. Phys. Lett. 74, 7 (1999).
    [CrossRef]
  7. S. Noda, M. Yokoyama, M. Imada, A. Chutinan, and M. Mochizuki, Science 293, 1123 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. W. Suh, M. F. Yanik, O. Solgaard, and S. Fan, Appl. Phys. Lett. 82, 1999 (2003).
    [CrossRef]
  9. V. Lousse, W. Suh, O. Kilic, S. Kim, O. Solgaard, and S. Fan, Opt. Express 12, 1575 (2004), http://www.opticsexpress.org .
    [CrossRef] [PubMed]

2004 (1)

2003 (1)

W. Suh, M. F. Yanik, O. Solgaard, and S. Fan, Appl. Phys. Lett. 82, 1999 (2003).
[CrossRef]

2002 (1)

S. Fan and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 65, 235112 (2002).
[CrossRef]

2001 (3)

A. Erchak, D. J. Ripin, S. Fan, P. Rakich, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, G. S. Petrich, and L. A. Kolodziejski, Appl. Phys. Lett. 78, 563 (2001).
[CrossRef]

H. Y. Ryu, Y. H. Lee, R. L. Sellin, and D. Bimberg, Appl. Phys. Lett. 79, 3573 (2001).
[CrossRef]

S. Noda, M. Yokoyama, M. Imada, A. Chutinan, and M. Mochizuki, Science 293, 1123 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

1999 (2)

V. N. Astratov, I. S. Culshaw, R. M. Stevenson, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, T. F. Krauss, and R. M. De La Rue, J. Lightwave Technol. 17, 2050 (1999).
[CrossRef]

M. Meier, A. Mekis, A. Dodabalapur, A. A. Timko, R. E. Slusher, J. D. Joannopoulos, and O. Nalamasu, Appl. Phys. Lett. 74, 7 (1999).
[CrossRef]

1997 (1)

M. Kanskar, P. Paddon, V. Pacradouni, R. Morin, A. Busch, J. F. Young, S. R. Johnson, J. Mackenzie, and T. Tiedje, Appl. Phys. Lett. 70, 1438 (1997).
[CrossRef]

Astratov, V. N.

Bimberg, D.

H. Y. Ryu, Y. H. Lee, R. L. Sellin, and D. Bimberg, Appl. Phys. Lett. 79, 3573 (2001).
[CrossRef]

Busch, A.

M. Kanskar, P. Paddon, V. Pacradouni, R. Morin, A. Busch, J. F. Young, S. R. Johnson, J. Mackenzie, and T. Tiedje, Appl. Phys. Lett. 70, 1438 (1997).
[CrossRef]

Chutinan, A.

S. Noda, M. Yokoyama, M. Imada, A. Chutinan, and M. Mochizuki, Science 293, 1123 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Culshaw, I. S.

De La Rue, R. M.

Dodabalapur, A.

M. Meier, A. Mekis, A. Dodabalapur, A. A. Timko, R. E. Slusher, J. D. Joannopoulos, and O. Nalamasu, Appl. Phys. Lett. 74, 7 (1999).
[CrossRef]

Erchak, A.

A. Erchak, D. J. Ripin, S. Fan, P. Rakich, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, G. S. Petrich, and L. A. Kolodziejski, Appl. Phys. Lett. 78, 563 (2001).
[CrossRef]

Fan, S.

V. Lousse, W. Suh, O. Kilic, S. Kim, O. Solgaard, and S. Fan, Opt. Express 12, 1575 (2004), http://www.opticsexpress.org .
[CrossRef] [PubMed]

W. Suh, M. F. Yanik, O. Solgaard, and S. Fan, Appl. Phys. Lett. 82, 1999 (2003).
[CrossRef]

S. Fan and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 65, 235112 (2002).
[CrossRef]

A. Erchak, D. J. Ripin, S. Fan, P. Rakich, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, G. S. Petrich, and L. A. Kolodziejski, Appl. Phys. Lett. 78, 563 (2001).
[CrossRef]

Imada, M.

S. Noda, M. Yokoyama, M. Imada, A. Chutinan, and M. Mochizuki, Science 293, 1123 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Ippen, E. P.

A. Erchak, D. J. Ripin, S. Fan, P. Rakich, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, G. S. Petrich, and L. A. Kolodziejski, Appl. Phys. Lett. 78, 563 (2001).
[CrossRef]

Joannopoulos, J. D.

S. Fan and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 65, 235112 (2002).
[CrossRef]

A. Erchak, D. J. Ripin, S. Fan, P. Rakich, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, G. S. Petrich, and L. A. Kolodziejski, Appl. Phys. Lett. 78, 563 (2001).
[CrossRef]

M. Meier, A. Mekis, A. Dodabalapur, A. A. Timko, R. E. Slusher, J. D. Joannopoulos, and O. Nalamasu, Appl. Phys. Lett. 74, 7 (1999).
[CrossRef]

Johnson, S. R.

M. Kanskar, P. Paddon, V. Pacradouni, R. Morin, A. Busch, J. F. Young, S. R. Johnson, J. Mackenzie, and T. Tiedje, Appl. Phys. Lett. 70, 1438 (1997).
[CrossRef]

Kanskar, M.

M. Kanskar, P. Paddon, V. Pacradouni, R. Morin, A. Busch, J. F. Young, S. R. Johnson, J. Mackenzie, and T. Tiedje, Appl. Phys. Lett. 70, 1438 (1997).
[CrossRef]

Kilic, O.

Kim, S.

Kolodziejski, L. A.

A. Erchak, D. J. Ripin, S. Fan, P. Rakich, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, G. S. Petrich, and L. A. Kolodziejski, Appl. Phys. Lett. 78, 563 (2001).
[CrossRef]

Krauss, T. F.

Lee, Y. H.

H. Y. Ryu, Y. H. Lee, R. L. Sellin, and D. Bimberg, Appl. Phys. Lett. 79, 3573 (2001).
[CrossRef]

Lousse, V.

Mackenzie, J.

M. Kanskar, P. Paddon, V. Pacradouni, R. Morin, A. Busch, J. F. Young, S. R. Johnson, J. Mackenzie, and T. Tiedje, Appl. Phys. Lett. 70, 1438 (1997).
[CrossRef]

Meier, M.

M. Meier, A. Mekis, A. Dodabalapur, A. A. Timko, R. E. Slusher, J. D. Joannopoulos, and O. Nalamasu, Appl. Phys. Lett. 74, 7 (1999).
[CrossRef]

Mekis, A.

M. Meier, A. Mekis, A. Dodabalapur, A. A. Timko, R. E. Slusher, J. D. Joannopoulos, and O. Nalamasu, Appl. Phys. Lett. 74, 7 (1999).
[CrossRef]

Mochizuki, M.

S. Noda, M. Yokoyama, M. Imada, A. Chutinan, and M. Mochizuki, Science 293, 1123 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Morin, R.

M. Kanskar, P. Paddon, V. Pacradouni, R. Morin, A. Busch, J. F. Young, S. R. Johnson, J. Mackenzie, and T. Tiedje, Appl. Phys. Lett. 70, 1438 (1997).
[CrossRef]

Nalamasu, O.

M. Meier, A. Mekis, A. Dodabalapur, A. A. Timko, R. E. Slusher, J. D. Joannopoulos, and O. Nalamasu, Appl. Phys. Lett. 74, 7 (1999).
[CrossRef]

Noda, S.

S. Noda, M. Yokoyama, M. Imada, A. Chutinan, and M. Mochizuki, Science 293, 1123 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Pacradouni, V.

M. Kanskar, P. Paddon, V. Pacradouni, R. Morin, A. Busch, J. F. Young, S. R. Johnson, J. Mackenzie, and T. Tiedje, Appl. Phys. Lett. 70, 1438 (1997).
[CrossRef]

Paddon, P.

M. Kanskar, P. Paddon, V. Pacradouni, R. Morin, A. Busch, J. F. Young, S. R. Johnson, J. Mackenzie, and T. Tiedje, Appl. Phys. Lett. 70, 1438 (1997).
[CrossRef]

Petrich, G. S.

A. Erchak, D. J. Ripin, S. Fan, P. Rakich, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, G. S. Petrich, and L. A. Kolodziejski, Appl. Phys. Lett. 78, 563 (2001).
[CrossRef]

Rakich, P.

A. Erchak, D. J. Ripin, S. Fan, P. Rakich, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, G. S. Petrich, and L. A. Kolodziejski, Appl. Phys. Lett. 78, 563 (2001).
[CrossRef]

Ripin, D. J.

A. Erchak, D. J. Ripin, S. Fan, P. Rakich, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, G. S. Petrich, and L. A. Kolodziejski, Appl. Phys. Lett. 78, 563 (2001).
[CrossRef]

Ryu, H. Y.

H. Y. Ryu, Y. H. Lee, R. L. Sellin, and D. Bimberg, Appl. Phys. Lett. 79, 3573 (2001).
[CrossRef]

Sellin, R. L.

H. Y. Ryu, Y. H. Lee, R. L. Sellin, and D. Bimberg, Appl. Phys. Lett. 79, 3573 (2001).
[CrossRef]

Skolnick, M. S.

Slusher, R. E.

M. Meier, A. Mekis, A. Dodabalapur, A. A. Timko, R. E. Slusher, J. D. Joannopoulos, and O. Nalamasu, Appl. Phys. Lett. 74, 7 (1999).
[CrossRef]

Solgaard, O.

Stevenson, R. M.

Suh, W.

Tiedje, T.

M. Kanskar, P. Paddon, V. Pacradouni, R. Morin, A. Busch, J. F. Young, S. R. Johnson, J. Mackenzie, and T. Tiedje, Appl. Phys. Lett. 70, 1438 (1997).
[CrossRef]

Timko, A. A.

M. Meier, A. Mekis, A. Dodabalapur, A. A. Timko, R. E. Slusher, J. D. Joannopoulos, and O. Nalamasu, Appl. Phys. Lett. 74, 7 (1999).
[CrossRef]

Whittaker, D. M.

Yanik, M. F.

W. Suh, M. F. Yanik, O. Solgaard, and S. Fan, Appl. Phys. Lett. 82, 1999 (2003).
[CrossRef]

Yokoyama, M.

S. Noda, M. Yokoyama, M. Imada, A. Chutinan, and M. Mochizuki, Science 293, 1123 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Young, J. F.

M. Kanskar, P. Paddon, V. Pacradouni, R. Morin, A. Busch, J. F. Young, S. R. Johnson, J. Mackenzie, and T. Tiedje, Appl. Phys. Lett. 70, 1438 (1997).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (5)

A. Erchak, D. J. Ripin, S. Fan, P. Rakich, J. D. Joannopoulos, E. P. Ippen, G. S. Petrich, and L. A. Kolodziejski, Appl. Phys. Lett. 78, 563 (2001).
[CrossRef]

H. Y. Ryu, Y. H. Lee, R. L. Sellin, and D. Bimberg, Appl. Phys. Lett. 79, 3573 (2001).
[CrossRef]

M. Meier, A. Mekis, A. Dodabalapur, A. A. Timko, R. E. Slusher, J. D. Joannopoulos, and O. Nalamasu, Appl. Phys. Lett. 74, 7 (1999).
[CrossRef]

W. Suh, M. F. Yanik, O. Solgaard, and S. Fan, Appl. Phys. Lett. 82, 1999 (2003).
[CrossRef]

M. Kanskar, P. Paddon, V. Pacradouni, R. Morin, A. Busch, J. F. Young, S. R. Johnson, J. Mackenzie, and T. Tiedje, Appl. Phys. Lett. 70, 1438 (1997).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol. (1)

Opt. Express (1)

Phys. Rev. B (1)

S. Fan and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 65, 235112 (2002).
[CrossRef]

Science (1)

S. Noda, M. Yokoyama, M. Imada, A. Chutinan, and M. Mochizuki, Science 293, 1123 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

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 (2)

Fig. 1
Fig. 1

Transmission spectrum of a PC slab with the following parameters: a=998 nm, r=330 nm, and t=340 nm. The data are compared with a FDTD simulation for a normal-incidence plane wave on a sample with a=998 nm, r=0.37a, and t=0.335a. The simulation data were resampled in the wavelength domain for a resolution bandwidth of 5 nm in accordance with the experiment.

Fig. 2
Fig. 2

Transmission spectrum of a PC slab with the following parameters: a=998 nm, r=450 nm, and t=340 nm. An extinction in transmission with a value of >85% occurs for a wide interval of 1310–1500 nm, suggesting broadband reflection.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1 Statistics for Geometrical Imperfections

Equations (3)

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

t=td-td±rdγiω-ω0+γ,
t=t=td-td±rdγiω-ω0+γ.
δr2=σr2, δa2=σa2, δr=δa=δrδa=0.

Metrics