Abstract

We demonstrate that the infiltration of individual pores of certain two-dimensional photonic crystals with liquid crystals and (or) polymers provides an efficient platform for the realization of integrated photonic crystal circuitry. As an illustration of this principle, we present designs for monomode photonic crystal waveguides and certain functional elements, such as waveguide bends, beam splitters, and waveguide intersections. These devices exhibit very low reflection over broad frequency ranges. In addition, we discuss the inherent tunability of these devices that originates in the tunability of the infiltrated material.

© 2004 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. A. Mekis, J. C. Chen, I. Kurland, S. H. Fan, P. R. Villeneuve, and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. Lett. 77, 3787 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. S. H. Fan, S. G. Johnson, J. D. Joannopoulos, C. Manolatou, and H. A. Haus, J. Opt. Soc. Am. B 18, 162 (2001).
    [CrossRef]
  3. S. F. Mingaleev and Yu. S. Kivshar, J. Opt. Soc. Am. B 19, 2241 (2002).
    [CrossRef]
  4. S. G. Johnson, C. Manolatou, S. H. Fan, P. R. Villeneuve, J. D. Joannopoulos, and H. A. Haus, Opt. Lett. 23, 1855 (1998).
    [CrossRef]
  5. A. Chutinan, S. John, and O. Toader, Phys. Rev. Lett. 90, 123901 (2003).
    [CrossRef]
  6. S. Lan and H. Ishikawa, Opt. Lett. 27, 1567 (2002).
    [CrossRef]
  7. K. Busch and S. John, Phys. Rev. Lett. 83, 967 (1999).
    [CrossRef]
  8. K. Yoshino, Y. Shimoda, Y. Kawagishi, K. Nakayama, and M. Ozaki, Appl. Phys. Lett. 75, 932 (1999).
    [CrossRef]
  9. G. Mertens, T. Röder, H. Matthias, H. Marsmann, H. S. R. Kitzerow, S. L. Schweizer, C. Jamois, R. B. Wehrspohn, and M. Neubert, Appl. Phys. Lett. 83, 3036 (2003).
    [CrossRef]
  10. S. W. Leonard, J. P. Mondia, H. M. van Driel, O. Toader, S. John, K. Busch, A. Birner, U. Gösele, and V. Lehmann, Phys. Rev. B 61, R2389 (2000).
    [CrossRef]
  11. Ch. Schuller, F. Klopf, J. P. Reithmaier, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 82, 2767 (2003).
    [CrossRef]
  12. H. Takeda and K. Yoshino, Phys. Rev. B 67, 073106 (2003).
    [CrossRef]
  13. A. Birner, R. B. Wehrspohn, U. M. Gösele, and K. Busch, Adv. Mater. 13, 377 (2001).
    [CrossRef]
  14. K. Busch, S. F. Mingaleev, A. Garcia-Martin, M. Schillinger, and D. Hermann, J. Phys. Condens. Matter 15, R1233 (2003).
    [CrossRef]
  15. S. Gottardo, D. S. Wiersma, and W. L. Vos, Physica B 338, 143 (2003).
    [CrossRef]

2003

G. Mertens, T. Röder, H. Matthias, H. Marsmann, H. S. R. Kitzerow, S. L. Schweizer, C. Jamois, R. B. Wehrspohn, and M. Neubert, Appl. Phys. Lett. 83, 3036 (2003).
[CrossRef]

Ch. Schuller, F. Klopf, J. P. Reithmaier, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 82, 2767 (2003).
[CrossRef]

H. Takeda and K. Yoshino, Phys. Rev. B 67, 073106 (2003).
[CrossRef]

K. Busch, S. F. Mingaleev, A. Garcia-Martin, M. Schillinger, and D. Hermann, J. Phys. Condens. Matter 15, R1233 (2003).
[CrossRef]

S. Gottardo, D. S. Wiersma, and W. L. Vos, Physica B 338, 143 (2003).
[CrossRef]

A. Chutinan, S. John, and O. Toader, Phys. Rev. Lett. 90, 123901 (2003).
[CrossRef]

2002

2001

2000

S. W. Leonard, J. P. Mondia, H. M. van Driel, O. Toader, S. John, K. Busch, A. Birner, U. Gösele, and V. Lehmann, Phys. Rev. B 61, R2389 (2000).
[CrossRef]

1999

K. Busch and S. John, Phys. Rev. Lett. 83, 967 (1999).
[CrossRef]

K. Yoshino, Y. Shimoda, Y. Kawagishi, K. Nakayama, and M. Ozaki, Appl. Phys. Lett. 75, 932 (1999).
[CrossRef]

1998

1996

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

Birner, A.

A. Birner, R. B. Wehrspohn, U. M. Gösele, and K. Busch, Adv. Mater. 13, 377 (2001).
[CrossRef]

S. W. Leonard, J. P. Mondia, H. M. van Driel, O. Toader, S. John, K. Busch, A. Birner, U. Gösele, and V. Lehmann, Phys. Rev. B 61, R2389 (2000).
[CrossRef]

Busch, K.

K. Busch, S. F. Mingaleev, A. Garcia-Martin, M. Schillinger, and D. Hermann, J. Phys. Condens. Matter 15, R1233 (2003).
[CrossRef]

A. Birner, R. B. Wehrspohn, U. M. Gösele, and K. Busch, Adv. Mater. 13, 377 (2001).
[CrossRef]

S. W. Leonard, J. P. Mondia, H. M. van Driel, O. Toader, S. John, K. Busch, A. Birner, U. Gösele, and V. Lehmann, Phys. Rev. B 61, R2389 (2000).
[CrossRef]

K. Busch and S. John, Phys. Rev. Lett. 83, 967 (1999).
[CrossRef]

Chen, J. C.

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

Chutinan, A.

A. Chutinan, S. John, and O. Toader, Phys. Rev. Lett. 90, 123901 (2003).
[CrossRef]

Fan, S. H.

Forchel, A.

Ch. Schuller, F. Klopf, J. P. Reithmaier, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 82, 2767 (2003).
[CrossRef]

Garcia-Martin, A.

K. Busch, S. F. Mingaleev, A. Garcia-Martin, M. Schillinger, and D. Hermann, J. Phys. Condens. Matter 15, R1233 (2003).
[CrossRef]

Gösele, U.

S. W. Leonard, J. P. Mondia, H. M. van Driel, O. Toader, S. John, K. Busch, A. Birner, U. Gösele, and V. Lehmann, Phys. Rev. B 61, R2389 (2000).
[CrossRef]

Gösele, U. M.

A. Birner, R. B. Wehrspohn, U. M. Gösele, and K. Busch, Adv. Mater. 13, 377 (2001).
[CrossRef]

Gottardo, S.

S. Gottardo, D. S. Wiersma, and W. L. Vos, Physica B 338, 143 (2003).
[CrossRef]

Haus, H. A.

Hermann, D.

K. Busch, S. F. Mingaleev, A. Garcia-Martin, M. Schillinger, and D. Hermann, J. Phys. Condens. Matter 15, R1233 (2003).
[CrossRef]

Ishikawa, H.

Jamois, C.

G. Mertens, T. Röder, H. Matthias, H. Marsmann, H. S. R. Kitzerow, S. L. Schweizer, C. Jamois, R. B. Wehrspohn, and M. Neubert, Appl. Phys. Lett. 83, 3036 (2003).
[CrossRef]

Joannopoulos, J. D.

John, S.

A. Chutinan, S. John, and O. Toader, Phys. Rev. Lett. 90, 123901 (2003).
[CrossRef]

S. W. Leonard, J. P. Mondia, H. M. van Driel, O. Toader, S. John, K. Busch, A. Birner, U. Gösele, and V. Lehmann, Phys. Rev. B 61, R2389 (2000).
[CrossRef]

K. Busch and S. John, Phys. Rev. Lett. 83, 967 (1999).
[CrossRef]

Johnson, S. G.

Kamp, M.

Ch. Schuller, F. Klopf, J. P. Reithmaier, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 82, 2767 (2003).
[CrossRef]

Kawagishi, Y.

K. Yoshino, Y. Shimoda, Y. Kawagishi, K. Nakayama, and M. Ozaki, Appl. Phys. Lett. 75, 932 (1999).
[CrossRef]

Kitzerow, H. S. R.

G. Mertens, T. Röder, H. Matthias, H. Marsmann, H. S. R. Kitzerow, S. L. Schweizer, C. Jamois, R. B. Wehrspohn, and M. Neubert, Appl. Phys. Lett. 83, 3036 (2003).
[CrossRef]

Kivshar, Yu. S.

Klopf, F.

Ch. Schuller, F. Klopf, J. P. Reithmaier, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 82, 2767 (2003).
[CrossRef]

Kurland, I.

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

Lan, S.

Lehmann, V.

S. W. Leonard, J. P. Mondia, H. M. van Driel, O. Toader, S. John, K. Busch, A. Birner, U. Gösele, and V. Lehmann, Phys. Rev. B 61, R2389 (2000).
[CrossRef]

Leonard, S. W.

S. W. Leonard, J. P. Mondia, H. M. van Driel, O. Toader, S. John, K. Busch, A. Birner, U. Gösele, and V. Lehmann, Phys. Rev. B 61, R2389 (2000).
[CrossRef]

Manolatou, C.

Marsmann, H.

G. Mertens, T. Röder, H. Matthias, H. Marsmann, H. S. R. Kitzerow, S. L. Schweizer, C. Jamois, R. B. Wehrspohn, and M. Neubert, Appl. Phys. Lett. 83, 3036 (2003).
[CrossRef]

Matthias, H.

G. Mertens, T. Röder, H. Matthias, H. Marsmann, H. S. R. Kitzerow, S. L. Schweizer, C. Jamois, R. B. Wehrspohn, and M. Neubert, Appl. Phys. Lett. 83, 3036 (2003).
[CrossRef]

Mekis, A.

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

Mertens, G.

G. Mertens, T. Röder, H. Matthias, H. Marsmann, H. S. R. Kitzerow, S. L. Schweizer, C. Jamois, R. B. Wehrspohn, and M. Neubert, Appl. Phys. Lett. 83, 3036 (2003).
[CrossRef]

Mingaleev, S. F.

K. Busch, S. F. Mingaleev, A. Garcia-Martin, M. Schillinger, and D. Hermann, J. Phys. Condens. Matter 15, R1233 (2003).
[CrossRef]

S. F. Mingaleev and Yu. S. Kivshar, J. Opt. Soc. Am. B 19, 2241 (2002).
[CrossRef]

Mondia, J. P.

S. W. Leonard, J. P. Mondia, H. M. van Driel, O. Toader, S. John, K. Busch, A. Birner, U. Gösele, and V. Lehmann, Phys. Rev. B 61, R2389 (2000).
[CrossRef]

Nakayama, K.

K. Yoshino, Y. Shimoda, Y. Kawagishi, K. Nakayama, and M. Ozaki, Appl. Phys. Lett. 75, 932 (1999).
[CrossRef]

Neubert, M.

G. Mertens, T. Röder, H. Matthias, H. Marsmann, H. S. R. Kitzerow, S. L. Schweizer, C. Jamois, R. B. Wehrspohn, and M. Neubert, Appl. Phys. Lett. 83, 3036 (2003).
[CrossRef]

Ozaki, M.

K. Yoshino, Y. Shimoda, Y. Kawagishi, K. Nakayama, and M. Ozaki, Appl. Phys. Lett. 75, 932 (1999).
[CrossRef]

Reithmaier, J. P.

Ch. Schuller, F. Klopf, J. P. Reithmaier, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 82, 2767 (2003).
[CrossRef]

Röder, T.

G. Mertens, T. Röder, H. Matthias, H. Marsmann, H. S. R. Kitzerow, S. L. Schweizer, C. Jamois, R. B. Wehrspohn, and M. Neubert, Appl. Phys. Lett. 83, 3036 (2003).
[CrossRef]

Schillinger, M.

K. Busch, S. F. Mingaleev, A. Garcia-Martin, M. Schillinger, and D. Hermann, J. Phys. Condens. Matter 15, R1233 (2003).
[CrossRef]

Schuller, Ch.

Ch. Schuller, F. Klopf, J. P. Reithmaier, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 82, 2767 (2003).
[CrossRef]

Schweizer, S. L.

G. Mertens, T. Röder, H. Matthias, H. Marsmann, H. S. R. Kitzerow, S. L. Schweizer, C. Jamois, R. B. Wehrspohn, and M. Neubert, Appl. Phys. Lett. 83, 3036 (2003).
[CrossRef]

Shimoda, Y.

K. Yoshino, Y. Shimoda, Y. Kawagishi, K. Nakayama, and M. Ozaki, Appl. Phys. Lett. 75, 932 (1999).
[CrossRef]

Takeda, H.

H. Takeda and K. Yoshino, Phys. Rev. B 67, 073106 (2003).
[CrossRef]

Toader, O.

A. Chutinan, S. John, and O. Toader, Phys. Rev. Lett. 90, 123901 (2003).
[CrossRef]

S. W. Leonard, J. P. Mondia, H. M. van Driel, O. Toader, S. John, K. Busch, A. Birner, U. Gösele, and V. Lehmann, Phys. Rev. B 61, R2389 (2000).
[CrossRef]

van Driel, H. M.

S. W. Leonard, J. P. Mondia, H. M. van Driel, O. Toader, S. John, K. Busch, A. Birner, U. Gösele, and V. Lehmann, Phys. Rev. B 61, R2389 (2000).
[CrossRef]

Villeneuve, P. R.

S. G. Johnson, C. Manolatou, S. H. Fan, P. R. Villeneuve, J. D. Joannopoulos, and H. A. Haus, Opt. Lett. 23, 1855 (1998).
[CrossRef]

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

Vos, W. L.

S. Gottardo, D. S. Wiersma, and W. L. Vos, Physica B 338, 143 (2003).
[CrossRef]

Wehrspohn, R. B.

G. Mertens, T. Röder, H. Matthias, H. Marsmann, H. S. R. Kitzerow, S. L. Schweizer, C. Jamois, R. B. Wehrspohn, and M. Neubert, Appl. Phys. Lett. 83, 3036 (2003).
[CrossRef]

A. Birner, R. B. Wehrspohn, U. M. Gösele, and K. Busch, Adv. Mater. 13, 377 (2001).
[CrossRef]

Wiersma, D. S.

S. Gottardo, D. S. Wiersma, and W. L. Vos, Physica B 338, 143 (2003).
[CrossRef]

Yoshino, K.

H. Takeda and K. Yoshino, Phys. Rev. B 67, 073106 (2003).
[CrossRef]

K. Yoshino, Y. Shimoda, Y. Kawagishi, K. Nakayama, and M. Ozaki, Appl. Phys. Lett. 75, 932 (1999).
[CrossRef]

Adv. Mater.

A. Birner, R. B. Wehrspohn, U. M. Gösele, and K. Busch, Adv. Mater. 13, 377 (2001).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

K. Yoshino, Y. Shimoda, Y. Kawagishi, K. Nakayama, and M. Ozaki, Appl. Phys. Lett. 75, 932 (1999).
[CrossRef]

G. Mertens, T. Röder, H. Matthias, H. Marsmann, H. S. R. Kitzerow, S. L. Schweizer, C. Jamois, R. B. Wehrspohn, and M. Neubert, Appl. Phys. Lett. 83, 3036 (2003).
[CrossRef]

Ch. Schuller, F. Klopf, J. P. Reithmaier, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 82, 2767 (2003).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B

J. Phys. Condens. Matter

K. Busch, S. F. Mingaleev, A. Garcia-Martin, M. Schillinger, and D. Hermann, J. Phys. Condens. Matter 15, R1233 (2003).
[CrossRef]

Opt. Lett.

Phys. Rev. B

H. Takeda and K. Yoshino, Phys. Rev. B 67, 073106 (2003).
[CrossRef]

S. W. Leonard, J. P. Mondia, H. M. van Driel, O. Toader, S. John, K. Busch, A. Birner, U. Gösele, and V. Lehmann, Phys. Rev. B 61, R2389 (2000).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett.

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

A. Chutinan, S. John, and O. Toader, Phys. Rev. Lett. 90, 123901 (2003).
[CrossRef]

K. Busch and S. John, Phys. Rev. Lett. 83, 967 (1999).
[CrossRef]

Physica B

S. Gottardo, D. S. Wiersma, and W. L. Vos, Physica B 338, 143 (2003).
[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.


Figures (5)

Fig. 1
Fig. 1

(a) Schematic of a 2D PC consisting of a square lattice of air pores with a single pore infilled with a liquid crystal or a polymer. (b) Electric field distribution for the corresponding nondegenerate cavity mode for E-polarized light.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Dispersion relation for a PC waveguide obtained by infilling a single row of pores with a material with refractive index ndef=1.55. The hatched areas represent the projected band structure of the underlying PC. (b) Bandwidth of the guided modes (shaded area) of the same PC waveguide as a function of refractive index ndef of the infilled material.

Fig. 3
Fig. 3

Transmission spectra for three different designs of waveguide bends as illustrated in the upper drawings.

Fig. 4
Fig. 4

Transmission and reflection spectra for our optimized design of a beam splitter whose schematic is shown at the right.

Fig. 5
Fig. 5

Transmission and reflection spectra for a broadband low-cross-talk design of a waveguide intersection whose schematic is shown at the right.

Metrics