Abstract

We demonstrate all-optical switching in an active two-dimensional photonic crystal waveguide, observing as large as 16nm blueshifts of a leaky eigenmode at 839nm and switching ratios of almost 70%. These results are larger than those previously observed in similar experiments performed on passive photonic crystal waveguides; the enhancement is due to resonant photogeneration of carriers by In0.12Al0.2Ga0.68As quantum wells in the core of the waveguide. The effective change in the refractive index of the structure is 102, with a rise time of 1ps and a decay time of 10ps, potentially allowing high-speed switching and fast modulation rates.

© 2006 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. Scalora, J. P. Dowling, C. M. Bowden, and M. J. Bloemer, Phys. Rev. Lett. 73, 1368 (1994).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. Q. Li, C. T. Chan, K. M. Ho, and C. M. Soukolulis, Phys. Rev. B 53, 15577 (1996).
    [CrossRef]
  3. P. R. Villeneuve, D. S. Abrams, S. Fan, and J. D. Joannopoulos, Opt. Lett. 21, 2017 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. S. Lan and H. Ishikawa, J. Appl. Phys. 91, 2573 (2002).
    [CrossRef]
  5. M. G. Banaee, A. R. Cowan, and J. F. Young, J. Opt. Soc. Am. B 9, 2224 (2002).
    [CrossRef]
  6. N. C. Panoiu, M. Bahl, and R. M. Osgood, Opt. Express 12, 1605 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. M. Shimizu and T. Ishihara, Appl. Phys. Lett. 80, 2836 (2002).
    [CrossRef]
  8. S. W. Leonard, H. M. Van Driel, J. Schilling, and R. B. Wehrspohn, Phys. Rev. B 66, 161102 (2002).
    [CrossRef]
  9. A. D. Bristow, J.-P. R. Wells, W. H. Fan, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Appl. Phys. Lett. 83, 851 (2003).
    [CrossRef]
  10. A. D. Bristow, D. O. Kundys, A. Z. García-Déniz, J.-P. R. Wells, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, J. Appl. Phys. 96, 4729 (2004).
    [CrossRef]
  11. H. W. Tan, H. M. van Driel, S. L. Schweizer, R. B. Wehrspohn, and U. Gösele, Phys. Rev. B 70, 205110 (2004).
    [CrossRef]
  12. F. Raineri, C. Cojocaru, R. Raj, P. Monnier, A. Levenson, C. Seassal, X. Latarte, and P. Viktrovitch, Opt. Lett. 30, 64 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. T. G. Euser and W. L. Vos, J. Appl. Phys. 97, 043102 (2005).
    [CrossRef]
  14. P. Murzyn, A. Z. García-Déniz, A. M. Fox, J.-P. R. Wells, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Phys. Status Solidi A 202, 2653 (2005).
    [CrossRef]
  15. J. U. Kang, J. B. Khurgin, C. C. Yang, H. H. Lin, and G. I. Stegeman, Appl. Phys. Lett. 73, 3638 (1998).
    [CrossRef]
  16. A. Othonos, J. Appl. Phys. 83, 1789 (1998).
    [CrossRef]
  17. D. E. Aspnes, Surf. Sci. 132, 406 (1983).
    [CrossRef]

2005 (3)

F. Raineri, C. Cojocaru, R. Raj, P. Monnier, A. Levenson, C. Seassal, X. Latarte, and P. Viktrovitch, Opt. Lett. 30, 64 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

T. G. Euser and W. L. Vos, J. Appl. Phys. 97, 043102 (2005).
[CrossRef]

P. Murzyn, A. Z. García-Déniz, A. M. Fox, J.-P. R. Wells, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Phys. Status Solidi A 202, 2653 (2005).
[CrossRef]

2004 (3)

A. D. Bristow, D. O. Kundys, A. Z. García-Déniz, J.-P. R. Wells, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, J. Appl. Phys. 96, 4729 (2004).
[CrossRef]

H. W. Tan, H. M. van Driel, S. L. Schweizer, R. B. Wehrspohn, and U. Gösele, Phys. Rev. B 70, 205110 (2004).
[CrossRef]

N. C. Panoiu, M. Bahl, and R. M. Osgood, Opt. Express 12, 1605 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

2003 (1)

A. D. Bristow, J.-P. R. Wells, W. H. Fan, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Appl. Phys. Lett. 83, 851 (2003).
[CrossRef]

2002 (4)

M. Shimizu and T. Ishihara, Appl. Phys. Lett. 80, 2836 (2002).
[CrossRef]

S. W. Leonard, H. M. Van Driel, J. Schilling, and R. B. Wehrspohn, Phys. Rev. B 66, 161102 (2002).
[CrossRef]

S. Lan and H. Ishikawa, J. Appl. Phys. 91, 2573 (2002).
[CrossRef]

M. G. Banaee, A. R. Cowan, and J. F. Young, J. Opt. Soc. Am. B 9, 2224 (2002).
[CrossRef]

1998 (2)

J. U. Kang, J. B. Khurgin, C. C. Yang, H. H. Lin, and G. I. Stegeman, Appl. Phys. Lett. 73, 3638 (1998).
[CrossRef]

A. Othonos, J. Appl. Phys. 83, 1789 (1998).
[CrossRef]

1996 (2)

Q. Li, C. T. Chan, K. M. Ho, and C. M. Soukolulis, Phys. Rev. B 53, 15577 (1996).
[CrossRef]

P. R. Villeneuve, D. S. Abrams, S. Fan, and J. D. Joannopoulos, Opt. Lett. 21, 2017 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

1994 (1)

M. Scalora, J. P. Dowling, C. M. Bowden, and M. J. Bloemer, Phys. Rev. Lett. 73, 1368 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

1983 (1)

D. E. Aspnes, Surf. Sci. 132, 406 (1983).
[CrossRef]

Abrams, D. S.

Aspnes, D. E.

D. E. Aspnes, Surf. Sci. 132, 406 (1983).
[CrossRef]

Bahl, M.

Banaee, M. G.

M. G. Banaee, A. R. Cowan, and J. F. Young, J. Opt. Soc. Am. B 9, 2224 (2002).
[CrossRef]

Bloemer, M. J.

M. Scalora, J. P. Dowling, C. M. Bowden, and M. J. Bloemer, Phys. Rev. Lett. 73, 1368 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Bowden, C. M.

M. Scalora, J. P. Dowling, C. M. Bowden, and M. J. Bloemer, Phys. Rev. Lett. 73, 1368 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Bristow, A. D.

A. D. Bristow, D. O. Kundys, A. Z. García-Déniz, J.-P. R. Wells, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, J. Appl. Phys. 96, 4729 (2004).
[CrossRef]

A. D. Bristow, J.-P. R. Wells, W. H. Fan, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Appl. Phys. Lett. 83, 851 (2003).
[CrossRef]

Chan, C. T.

Q. Li, C. T. Chan, K. M. Ho, and C. M. Soukolulis, Phys. Rev. B 53, 15577 (1996).
[CrossRef]

Cojocaru, C.

Cowan, A. R.

M. G. Banaee, A. R. Cowan, and J. F. Young, J. Opt. Soc. Am. B 9, 2224 (2002).
[CrossRef]

Dowling, J. P.

M. Scalora, J. P. Dowling, C. M. Bowden, and M. J. Bloemer, Phys. Rev. Lett. 73, 1368 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Euser, T. G.

T. G. Euser and W. L. Vos, J. Appl. Phys. 97, 043102 (2005).
[CrossRef]

Fan, S.

Fan, W. H.

A. D. Bristow, J.-P. R. Wells, W. H. Fan, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Appl. Phys. Lett. 83, 851 (2003).
[CrossRef]

Fox, A. M.

P. Murzyn, A. Z. García-Déniz, A. M. Fox, J.-P. R. Wells, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Phys. Status Solidi A 202, 2653 (2005).
[CrossRef]

A. D. Bristow, D. O. Kundys, A. Z. García-Déniz, J.-P. R. Wells, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, J. Appl. Phys. 96, 4729 (2004).
[CrossRef]

A. D. Bristow, J.-P. R. Wells, W. H. Fan, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Appl. Phys. Lett. 83, 851 (2003).
[CrossRef]

García-Déniz, A. Z.

P. Murzyn, A. Z. García-Déniz, A. M. Fox, J.-P. R. Wells, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Phys. Status Solidi A 202, 2653 (2005).
[CrossRef]

A. D. Bristow, D. O. Kundys, A. Z. García-Déniz, J.-P. R. Wells, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, J. Appl. Phys. 96, 4729 (2004).
[CrossRef]

Gösele, U.

H. W. Tan, H. M. van Driel, S. L. Schweizer, R. B. Wehrspohn, and U. Gösele, Phys. Rev. B 70, 205110 (2004).
[CrossRef]

Ho, K. M.

Q. Li, C. T. Chan, K. M. Ho, and C. M. Soukolulis, Phys. Rev. B 53, 15577 (1996).
[CrossRef]

Ishihara, T.

M. Shimizu and T. Ishihara, Appl. Phys. Lett. 80, 2836 (2002).
[CrossRef]

Ishikawa, H.

S. Lan and H. Ishikawa, J. Appl. Phys. 91, 2573 (2002).
[CrossRef]

Joannopoulos, J. D.

Kang, J. U.

J. U. Kang, J. B. Khurgin, C. C. Yang, H. H. Lin, and G. I. Stegeman, Appl. Phys. Lett. 73, 3638 (1998).
[CrossRef]

Khurgin, J. B.

J. U. Kang, J. B. Khurgin, C. C. Yang, H. H. Lin, and G. I. Stegeman, Appl. Phys. Lett. 73, 3638 (1998).
[CrossRef]

Krauss, T. F.

P. Murzyn, A. Z. García-Déniz, A. M. Fox, J.-P. R. Wells, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Phys. Status Solidi A 202, 2653 (2005).
[CrossRef]

A. D. Bristow, D. O. Kundys, A. Z. García-Déniz, J.-P. R. Wells, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, J. Appl. Phys. 96, 4729 (2004).
[CrossRef]

A. D. Bristow, J.-P. R. Wells, W. H. Fan, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Appl. Phys. Lett. 83, 851 (2003).
[CrossRef]

Kundys, D. O.

A. D. Bristow, D. O. Kundys, A. Z. García-Déniz, J.-P. R. Wells, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, J. Appl. Phys. 96, 4729 (2004).
[CrossRef]

Lan, S.

S. Lan and H. Ishikawa, J. Appl. Phys. 91, 2573 (2002).
[CrossRef]

Latarte, X.

Leonard, S. W.

S. W. Leonard, H. M. Van Driel, J. Schilling, and R. B. Wehrspohn, Phys. Rev. B 66, 161102 (2002).
[CrossRef]

Levenson, A.

Li, Q.

Q. Li, C. T. Chan, K. M. Ho, and C. M. Soukolulis, Phys. Rev. B 53, 15577 (1996).
[CrossRef]

Lin, H. H.

J. U. Kang, J. B. Khurgin, C. C. Yang, H. H. Lin, and G. I. Stegeman, Appl. Phys. Lett. 73, 3638 (1998).
[CrossRef]

Monnier, P.

Murzyn, P.

P. Murzyn, A. Z. García-Déniz, A. M. Fox, J.-P. R. Wells, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Phys. Status Solidi A 202, 2653 (2005).
[CrossRef]

Osgood, R. M.

Othonos, A.

A. Othonos, J. Appl. Phys. 83, 1789 (1998).
[CrossRef]

Panoiu, N. C.

Raineri, F.

Raj, R.

Roberts, J. S.

P. Murzyn, A. Z. García-Déniz, A. M. Fox, J.-P. R. Wells, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Phys. Status Solidi A 202, 2653 (2005).
[CrossRef]

A. D. Bristow, D. O. Kundys, A. Z. García-Déniz, J.-P. R. Wells, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, J. Appl. Phys. 96, 4729 (2004).
[CrossRef]

A. D. Bristow, J.-P. R. Wells, W. H. Fan, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Appl. Phys. Lett. 83, 851 (2003).
[CrossRef]

Scalora, M.

M. Scalora, J. P. Dowling, C. M. Bowden, and M. J. Bloemer, Phys. Rev. Lett. 73, 1368 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Schilling, J.

S. W. Leonard, H. M. Van Driel, J. Schilling, and R. B. Wehrspohn, Phys. Rev. B 66, 161102 (2002).
[CrossRef]

Schweizer, S. L.

H. W. Tan, H. M. van Driel, S. L. Schweizer, R. B. Wehrspohn, and U. Gösele, Phys. Rev. B 70, 205110 (2004).
[CrossRef]

Seassal, C.

Shimizu, M.

M. Shimizu and T. Ishihara, Appl. Phys. Lett. 80, 2836 (2002).
[CrossRef]

Skolnick, M. S.

P. Murzyn, A. Z. García-Déniz, A. M. Fox, J.-P. R. Wells, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Phys. Status Solidi A 202, 2653 (2005).
[CrossRef]

A. D. Bristow, D. O. Kundys, A. Z. García-Déniz, J.-P. R. Wells, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, J. Appl. Phys. 96, 4729 (2004).
[CrossRef]

A. D. Bristow, J.-P. R. Wells, W. H. Fan, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Appl. Phys. Lett. 83, 851 (2003).
[CrossRef]

Soukolulis, C. M.

Q. Li, C. T. Chan, K. M. Ho, and C. M. Soukolulis, Phys. Rev. B 53, 15577 (1996).
[CrossRef]

Stegeman, G. I.

J. U. Kang, J. B. Khurgin, C. C. Yang, H. H. Lin, and G. I. Stegeman, Appl. Phys. Lett. 73, 3638 (1998).
[CrossRef]

Tahraoui, A.

A. D. Bristow, D. O. Kundys, A. Z. García-Déniz, J.-P. R. Wells, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, J. Appl. Phys. 96, 4729 (2004).
[CrossRef]

A. D. Bristow, J.-P. R. Wells, W. H. Fan, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Appl. Phys. Lett. 83, 851 (2003).
[CrossRef]

Tan, H. W.

H. W. Tan, H. M. van Driel, S. L. Schweizer, R. B. Wehrspohn, and U. Gösele, Phys. Rev. B 70, 205110 (2004).
[CrossRef]

van Driel, H. M.

H. W. Tan, H. M. van Driel, S. L. Schweizer, R. B. Wehrspohn, and U. Gösele, Phys. Rev. B 70, 205110 (2004).
[CrossRef]

S. W. Leonard, H. M. Van Driel, J. Schilling, and R. B. Wehrspohn, Phys. Rev. B 66, 161102 (2002).
[CrossRef]

Viktrovitch, P.

Villeneuve, P. R.

Vos, W. L.

T. G. Euser and W. L. Vos, J. Appl. Phys. 97, 043102 (2005).
[CrossRef]

Wehrspohn, R. B.

H. W. Tan, H. M. van Driel, S. L. Schweizer, R. B. Wehrspohn, and U. Gösele, Phys. Rev. B 70, 205110 (2004).
[CrossRef]

S. W. Leonard, H. M. Van Driel, J. Schilling, and R. B. Wehrspohn, Phys. Rev. B 66, 161102 (2002).
[CrossRef]

Wells, J.-P. R.

P. Murzyn, A. Z. García-Déniz, A. M. Fox, J.-P. R. Wells, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Phys. Status Solidi A 202, 2653 (2005).
[CrossRef]

A. D. Bristow, D. O. Kundys, A. Z. García-Déniz, J.-P. R. Wells, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, J. Appl. Phys. 96, 4729 (2004).
[CrossRef]

A. D. Bristow, J.-P. R. Wells, W. H. Fan, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Appl. Phys. Lett. 83, 851 (2003).
[CrossRef]

Whittaker, D. M.

P. Murzyn, A. Z. García-Déniz, A. M. Fox, J.-P. R. Wells, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Phys. Status Solidi A 202, 2653 (2005).
[CrossRef]

A. D. Bristow, D. O. Kundys, A. Z. García-Déniz, J.-P. R. Wells, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, J. Appl. Phys. 96, 4729 (2004).
[CrossRef]

A. D. Bristow, J.-P. R. Wells, W. H. Fan, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Appl. Phys. Lett. 83, 851 (2003).
[CrossRef]

Yang, C. C.

J. U. Kang, J. B. Khurgin, C. C. Yang, H. H. Lin, and G. I. Stegeman, Appl. Phys. Lett. 73, 3638 (1998).
[CrossRef]

Young, J. F.

M. G. Banaee, A. R. Cowan, and J. F. Young, J. Opt. Soc. Am. B 9, 2224 (2002).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (3)

M. Shimizu and T. Ishihara, Appl. Phys. Lett. 80, 2836 (2002).
[CrossRef]

A. D. Bristow, J.-P. R. Wells, W. H. Fan, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Appl. Phys. Lett. 83, 851 (2003).
[CrossRef]

J. U. Kang, J. B. Khurgin, C. C. Yang, H. H. Lin, and G. I. Stegeman, Appl. Phys. Lett. 73, 3638 (1998).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (4)

A. Othonos, J. Appl. Phys. 83, 1789 (1998).
[CrossRef]

T. G. Euser and W. L. Vos, J. Appl. Phys. 97, 043102 (2005).
[CrossRef]

A. D. Bristow, D. O. Kundys, A. Z. García-Déniz, J.-P. R. Wells, A. M. Fox, M. S. Skolnick, D. M. Whittaker, A. Tahraoui, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, J. Appl. Phys. 96, 4729 (2004).
[CrossRef]

S. Lan and H. Ishikawa, J. Appl. Phys. 91, 2573 (2002).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

M. G. Banaee, A. R. Cowan, and J. F. Young, J. Opt. Soc. Am. B 9, 2224 (2002).
[CrossRef]

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. B (3)

Q. Li, C. T. Chan, K. M. Ho, and C. M. Soukolulis, Phys. Rev. B 53, 15577 (1996).
[CrossRef]

H. W. Tan, H. M. van Driel, S. L. Schweizer, R. B. Wehrspohn, and U. Gösele, Phys. Rev. B 70, 205110 (2004).
[CrossRef]

S. W. Leonard, H. M. Van Driel, J. Schilling, and R. B. Wehrspohn, Phys. Rev. B 66, 161102 (2002).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (1)

M. Scalora, J. P. Dowling, C. M. Bowden, and M. J. Bloemer, Phys. Rev. Lett. 73, 1368 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Phys. Status Solidi A (1)

P. Murzyn, A. Z. García-Déniz, A. M. Fox, J.-P. R. Wells, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, T. F. Krauss, and J. S. Roberts, Phys. Status Solidi A 202, 2653 (2005).
[CrossRef]

Surf. Sci. (1)

D. E. Aspnes, Surf. Sci. 132, 406 (1983).
[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 (4)

Fig. 1
Fig. 1

(a) Diagram of the experimental geometry and the PCW. (b) The photonic band structure along the Γ M direction for TM polarization, where a is the lattice period. Inset, surface-view scanning electron micrograph of the photonic lattice.

Fig. 2
Fig. 2

Reflectivity spectra for the 839 nm photonic coupling resonance at time delays ( Δ τ ) of 1 and 2 ps .

Fig. 3
Fig. 3

(a) Time-dependent wavelength shift of the 839 nm resonance; also shown is the autocorrelation of the pump pulse. (b) Time constants, T 1 and T 2 , for the transient wavelength shift for a range of fluences.

Fig. 4
Fig. 4

(a) Reflectivity spectra at maximum deflection plotted as a function of pump fluence. (b) Maximum observed wavelength shift as a function of fluence, with theoretically modelled SPA and TPA contributions to Δ n .

Metrics