Abstract

We demonstrate second-harmonic generation (SHG) from sub-micrometer-sized AlGaAsAlxOy artificially birefringent waveguides. The normalized conversion efficiency is the highest ever reported. We further enhanced the SHG using a waveguide-embedded cavity formed by dichroic mirrors. Resonant enhancements as high as 10× were observed. Such devices could be potentially used as highly efficient, ultracompact frequency converters in integrated photonic circuits.

© 2006 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. X. Yu, L. Scaccabarozzi, J. S. Harris, P. S. Kuo, and M. M. Fejer, Opt. Express 13, 10742 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. A. Fiore, V. Berger, E. Rosencher, P. Bravetti, and J. Nagle, Nature 391, 463 (1998).
    [CrossRef]
  3. S. V. Rao, K. Moutzouris, and M. Ebrahimzadeh, J. Opt. A 6, 569 (2004).
    [CrossRef]
  4. K. Moutzouris, S. V. Rao, M. Ebrahimzadeh, A. De Rossi, V. Berger, M. Calligaro, and V. Ortiz, Opt. Lett. 26, 1785 (2001).
    [CrossRef]
  5. A. S. Fiore, L. Delobel, P. van der Meer, P. Bravetti, V. Berger, E. Rosencher, and J. Nagle, Appl. Phys. Lett. 72, 2942 (1998).
    [CrossRef]
  6. M. S. Stern, IEE Proc. J 135, 56 (1988).
    [CrossRef]
  7. M. H. Chou, I. Brener, G. Lenz, R. Scotti, E. E. Chaban, J. Shmulovich, D. Philen, S. Kosinski, K. R. Parameswaran, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 12, 82 (2000).
    [CrossRef]
  8. M. L. Bortz, S. J. Field, M. M. Fejer, D. W. Nam, R. G. Waarts, and D. F. Welch, IEEE J. Quantum Electron. 30, 2953 (1994).
    [CrossRef]
  9. S. G. Johnson, M. I. Povinelli, M. Soljacic, A. Karalis, S. Jacobs, and J. D. Joannopoulos, Appl. Phys. B 81, 283 (2005).
    [CrossRef]
  10. S. Guha, F. Agahi, B. Pezeshki, J. A. Kash, D. W. Kisker, and N. A. Bojarczuk, Appl. Phys. Lett. 68, 906 (1996).
    [CrossRef]
  11. L. Scaccabarozzi, M. M. Fejer, Y. Huo, S. Fan, X. Yu, and J. S. Harris, Opt. Lett. 31, 3285 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. D. S. Bethune, J. Opt. Soc. Am. B 6, 910 (1989).
    [CrossRef]
  13. K. R. Parameswaran, J. R. Kurz, R. V. Roussev, and M. M. Fejer, Opt. Lett. 27, 43 (2002).
    [CrossRef]

2006 (1)

2005 (2)

S. G. Johnson, M. I. Povinelli, M. Soljacic, A. Karalis, S. Jacobs, and J. D. Joannopoulos, Appl. Phys. B 81, 283 (2005).
[CrossRef]

X. Yu, L. Scaccabarozzi, J. S. Harris, P. S. Kuo, and M. M. Fejer, Opt. Express 13, 10742 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

2004 (1)

S. V. Rao, K. Moutzouris, and M. Ebrahimzadeh, J. Opt. A 6, 569 (2004).
[CrossRef]

2002 (1)

2001 (1)

2000 (1)

M. H. Chou, I. Brener, G. Lenz, R. Scotti, E. E. Chaban, J. Shmulovich, D. Philen, S. Kosinski, K. R. Parameswaran, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 12, 82 (2000).
[CrossRef]

1998 (2)

A. Fiore, V. Berger, E. Rosencher, P. Bravetti, and J. Nagle, Nature 391, 463 (1998).
[CrossRef]

A. S. Fiore, L. Delobel, P. van der Meer, P. Bravetti, V. Berger, E. Rosencher, and J. Nagle, Appl. Phys. Lett. 72, 2942 (1998).
[CrossRef]

1996 (1)

S. Guha, F. Agahi, B. Pezeshki, J. A. Kash, D. W. Kisker, and N. A. Bojarczuk, Appl. Phys. Lett. 68, 906 (1996).
[CrossRef]

1994 (1)

M. L. Bortz, S. J. Field, M. M. Fejer, D. W. Nam, R. G. Waarts, and D. F. Welch, IEEE J. Quantum Electron. 30, 2953 (1994).
[CrossRef]

1989 (1)

1988 (1)

M. S. Stern, IEE Proc. J 135, 56 (1988).
[CrossRef]

Agahi, F.

S. Guha, F. Agahi, B. Pezeshki, J. A. Kash, D. W. Kisker, and N. A. Bojarczuk, Appl. Phys. Lett. 68, 906 (1996).
[CrossRef]

Berger, V.

K. Moutzouris, S. V. Rao, M. Ebrahimzadeh, A. De Rossi, V. Berger, M. Calligaro, and V. Ortiz, Opt. Lett. 26, 1785 (2001).
[CrossRef]

A. Fiore, V. Berger, E. Rosencher, P. Bravetti, and J. Nagle, Nature 391, 463 (1998).
[CrossRef]

A. S. Fiore, L. Delobel, P. van der Meer, P. Bravetti, V. Berger, E. Rosencher, and J. Nagle, Appl. Phys. Lett. 72, 2942 (1998).
[CrossRef]

Bethune, D. S.

Bojarczuk, N. A.

S. Guha, F. Agahi, B. Pezeshki, J. A. Kash, D. W. Kisker, and N. A. Bojarczuk, Appl. Phys. Lett. 68, 906 (1996).
[CrossRef]

Bortz, M. L.

M. L. Bortz, S. J. Field, M. M. Fejer, D. W. Nam, R. G. Waarts, and D. F. Welch, IEEE J. Quantum Electron. 30, 2953 (1994).
[CrossRef]

Bravetti, P.

A. S. Fiore, L. Delobel, P. van der Meer, P. Bravetti, V. Berger, E. Rosencher, and J. Nagle, Appl. Phys. Lett. 72, 2942 (1998).
[CrossRef]

A. Fiore, V. Berger, E. Rosencher, P. Bravetti, and J. Nagle, Nature 391, 463 (1998).
[CrossRef]

Brener, I.

M. H. Chou, I. Brener, G. Lenz, R. Scotti, E. E. Chaban, J. Shmulovich, D. Philen, S. Kosinski, K. R. Parameswaran, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 12, 82 (2000).
[CrossRef]

Calligaro, M.

Chaban, E. E.

M. H. Chou, I. Brener, G. Lenz, R. Scotti, E. E. Chaban, J. Shmulovich, D. Philen, S. Kosinski, K. R. Parameswaran, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 12, 82 (2000).
[CrossRef]

Chou, M. H.

M. H. Chou, I. Brener, G. Lenz, R. Scotti, E. E. Chaban, J. Shmulovich, D. Philen, S. Kosinski, K. R. Parameswaran, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 12, 82 (2000).
[CrossRef]

De Rossi, A.

Delobel, L.

A. S. Fiore, L. Delobel, P. van der Meer, P. Bravetti, V. Berger, E. Rosencher, and J. Nagle, Appl. Phys. Lett. 72, 2942 (1998).
[CrossRef]

Ebrahimzadeh, M.

Fan, S.

Fejer, M. M.

L. Scaccabarozzi, M. M. Fejer, Y. Huo, S. Fan, X. Yu, and J. S. Harris, Opt. Lett. 31, 3285 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

X. Yu, L. Scaccabarozzi, J. S. Harris, P. S. Kuo, and M. M. Fejer, Opt. Express 13, 10742 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

K. R. Parameswaran, J. R. Kurz, R. V. Roussev, and M. M. Fejer, Opt. Lett. 27, 43 (2002).
[CrossRef]

M. H. Chou, I. Brener, G. Lenz, R. Scotti, E. E. Chaban, J. Shmulovich, D. Philen, S. Kosinski, K. R. Parameswaran, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 12, 82 (2000).
[CrossRef]

M. L. Bortz, S. J. Field, M. M. Fejer, D. W. Nam, R. G. Waarts, and D. F. Welch, IEEE J. Quantum Electron. 30, 2953 (1994).
[CrossRef]

Field, S. J.

M. L. Bortz, S. J. Field, M. M. Fejer, D. W. Nam, R. G. Waarts, and D. F. Welch, IEEE J. Quantum Electron. 30, 2953 (1994).
[CrossRef]

Fiore, A.

A. Fiore, V. Berger, E. Rosencher, P. Bravetti, and J. Nagle, Nature 391, 463 (1998).
[CrossRef]

Fiore, A. S.

A. S. Fiore, L. Delobel, P. van der Meer, P. Bravetti, V. Berger, E. Rosencher, and J. Nagle, Appl. Phys. Lett. 72, 2942 (1998).
[CrossRef]

Guha, S.

S. Guha, F. Agahi, B. Pezeshki, J. A. Kash, D. W. Kisker, and N. A. Bojarczuk, Appl. Phys. Lett. 68, 906 (1996).
[CrossRef]

Harris, J. S.

Huo, Y.

Jacobs, S.

S. G. Johnson, M. I. Povinelli, M. Soljacic, A. Karalis, S. Jacobs, and J. D. Joannopoulos, Appl. Phys. B 81, 283 (2005).
[CrossRef]

Joannopoulos, J. D.

S. G. Johnson, M. I. Povinelli, M. Soljacic, A. Karalis, S. Jacobs, and J. D. Joannopoulos, Appl. Phys. B 81, 283 (2005).
[CrossRef]

Johnson, S. G.

S. G. Johnson, M. I. Povinelli, M. Soljacic, A. Karalis, S. Jacobs, and J. D. Joannopoulos, Appl. Phys. B 81, 283 (2005).
[CrossRef]

Karalis, A.

S. G. Johnson, M. I. Povinelli, M. Soljacic, A. Karalis, S. Jacobs, and J. D. Joannopoulos, Appl. Phys. B 81, 283 (2005).
[CrossRef]

Kash, J. A.

S. Guha, F. Agahi, B. Pezeshki, J. A. Kash, D. W. Kisker, and N. A. Bojarczuk, Appl. Phys. Lett. 68, 906 (1996).
[CrossRef]

Kisker, D. W.

S. Guha, F. Agahi, B. Pezeshki, J. A. Kash, D. W. Kisker, and N. A. Bojarczuk, Appl. Phys. Lett. 68, 906 (1996).
[CrossRef]

Kosinski, S.

M. H. Chou, I. Brener, G. Lenz, R. Scotti, E. E. Chaban, J. Shmulovich, D. Philen, S. Kosinski, K. R. Parameswaran, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 12, 82 (2000).
[CrossRef]

Kuo, P. S.

Kurz, J. R.

Lenz, G.

M. H. Chou, I. Brener, G. Lenz, R. Scotti, E. E. Chaban, J. Shmulovich, D. Philen, S. Kosinski, K. R. Parameswaran, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 12, 82 (2000).
[CrossRef]

Moutzouris, K.

Nagle, J.

A. Fiore, V. Berger, E. Rosencher, P. Bravetti, and J. Nagle, Nature 391, 463 (1998).
[CrossRef]

A. S. Fiore, L. Delobel, P. van der Meer, P. Bravetti, V. Berger, E. Rosencher, and J. Nagle, Appl. Phys. Lett. 72, 2942 (1998).
[CrossRef]

Nam, D. W.

M. L. Bortz, S. J. Field, M. M. Fejer, D. W. Nam, R. G. Waarts, and D. F. Welch, IEEE J. Quantum Electron. 30, 2953 (1994).
[CrossRef]

Ortiz, V.

Parameswaran, K. R.

K. R. Parameswaran, J. R. Kurz, R. V. Roussev, and M. M. Fejer, Opt. Lett. 27, 43 (2002).
[CrossRef]

M. H. Chou, I. Brener, G. Lenz, R. Scotti, E. E. Chaban, J. Shmulovich, D. Philen, S. Kosinski, K. R. Parameswaran, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 12, 82 (2000).
[CrossRef]

Pezeshki, B.

S. Guha, F. Agahi, B. Pezeshki, J. A. Kash, D. W. Kisker, and N. A. Bojarczuk, Appl. Phys. Lett. 68, 906 (1996).
[CrossRef]

Philen, D.

M. H. Chou, I. Brener, G. Lenz, R. Scotti, E. E. Chaban, J. Shmulovich, D. Philen, S. Kosinski, K. R. Parameswaran, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 12, 82 (2000).
[CrossRef]

Povinelli, M. I.

S. G. Johnson, M. I. Povinelli, M. Soljacic, A. Karalis, S. Jacobs, and J. D. Joannopoulos, Appl. Phys. B 81, 283 (2005).
[CrossRef]

Rao, S. V.

Rosencher, E.

A. Fiore, V. Berger, E. Rosencher, P. Bravetti, and J. Nagle, Nature 391, 463 (1998).
[CrossRef]

A. S. Fiore, L. Delobel, P. van der Meer, P. Bravetti, V. Berger, E. Rosencher, and J. Nagle, Appl. Phys. Lett. 72, 2942 (1998).
[CrossRef]

Roussev, R. V.

Scaccabarozzi, L.

Scotti, R.

M. H. Chou, I. Brener, G. Lenz, R. Scotti, E. E. Chaban, J. Shmulovich, D. Philen, S. Kosinski, K. R. Parameswaran, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 12, 82 (2000).
[CrossRef]

Shmulovich, J.

M. H. Chou, I. Brener, G. Lenz, R. Scotti, E. E. Chaban, J. Shmulovich, D. Philen, S. Kosinski, K. R. Parameswaran, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 12, 82 (2000).
[CrossRef]

Soljacic, M.

S. G. Johnson, M. I. Povinelli, M. Soljacic, A. Karalis, S. Jacobs, and J. D. Joannopoulos, Appl. Phys. B 81, 283 (2005).
[CrossRef]

Stern, M. S.

M. S. Stern, IEE Proc. J 135, 56 (1988).
[CrossRef]

van der Meer, P.

A. S. Fiore, L. Delobel, P. van der Meer, P. Bravetti, V. Berger, E. Rosencher, and J. Nagle, Appl. Phys. Lett. 72, 2942 (1998).
[CrossRef]

Waarts, R. G.

M. L. Bortz, S. J. Field, M. M. Fejer, D. W. Nam, R. G. Waarts, and D. F. Welch, IEEE J. Quantum Electron. 30, 2953 (1994).
[CrossRef]

Welch, D. F.

M. L. Bortz, S. J. Field, M. M. Fejer, D. W. Nam, R. G. Waarts, and D. F. Welch, IEEE J. Quantum Electron. 30, 2953 (1994).
[CrossRef]

Yu, X.

Appl. Phys. B (1)

S. G. Johnson, M. I. Povinelli, M. Soljacic, A. Karalis, S. Jacobs, and J. D. Joannopoulos, Appl. Phys. B 81, 283 (2005).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (2)

S. Guha, F. Agahi, B. Pezeshki, J. A. Kash, D. W. Kisker, and N. A. Bojarczuk, Appl. Phys. Lett. 68, 906 (1996).
[CrossRef]

A. S. Fiore, L. Delobel, P. van der Meer, P. Bravetti, V. Berger, E. Rosencher, and J. Nagle, Appl. Phys. Lett. 72, 2942 (1998).
[CrossRef]

IEE Proc. J (1)

M. S. Stern, IEE Proc. J 135, 56 (1988).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (1)

M. L. Bortz, S. J. Field, M. M. Fejer, D. W. Nam, R. G. Waarts, and D. F. Welch, IEEE J. Quantum Electron. 30, 2953 (1994).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett. (1)

M. H. Chou, I. Brener, G. Lenz, R. Scotti, E. E. Chaban, J. Shmulovich, D. Philen, S. Kosinski, K. R. Parameswaran, and M. M. Fejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 12, 82 (2000).
[CrossRef]

J. Opt. A (1)

S. V. Rao, K. Moutzouris, and M. Ebrahimzadeh, J. Opt. A 6, 569 (2004).
[CrossRef]

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

Nature (1)

A. Fiore, V. Berger, E. Rosencher, P. Bravetti, and J. Nagle, Nature 391, 463 (1998).
[CrossRef]

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (3)

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) Electric field of fundamental TE and (b) SH TM modes in the waveguide. The effective index of both modes is 2.2219 at 1.55 μ m .

Fig. 2
Fig. 2

(a) Top, experimental (squares) and simulated (curve) phase-matching wavelength versus waveguide width; bottom, corresponding tuning curves. (b) experimental efficiency [light (blue) solid curve] calculated by normalizing the output SH power to the squared output fundamental power and fitted efficiency with (black solid curve) and without [dashed (purple) curve] taking into account the drift of the effective index. Inset, SH power normalized by the input fundamental power. Note the modulation due to the Fabry–Perot fringes at the fundamental wavelength.

Fig. 3
Fig. 3

Schematic of the real device structure including the main cavity (B) and the spurious Fabry–Perot cavities (A and C) due to input and output facets. On top are shown scanning electron microscope pictures of the cleaved facet, where the multilayer core is visible, and of the dichroic mirror.

Fig. 4
Fig. 4

(a) Experimental [blue (light)] and fitted [red (dark)] transmission. Inset, detail of the central portion of the spectrum. (b) SH generated by an 80 μ m long cavity (black), and by plain waveguides 80 μ m long [blue (light)] and 400 μ m long [red (dark)].

Equations (1)

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

P 2 ω out P ω out 2 = η e 2 α ω L C 2 ω out ( 1 R 2 ω ) C ω out 2 ( 1 R ω ) 2 ,

Metrics