Abstract

The refractive-index contrast in dielectric multilayer structures, optical resonators, and photonic crystals is an important figure of merit that creates a strong demand for high-quality thin films with a low refractive index. A SiO2 nanorod layer with low refractive index of n=1.08, to our knowledge the lowest ever reported in thin-film materials, is grown by oblique-angle electron-beam deposition of SiO2. A single-pair distributed Bragg reflector employing a SiO2 nanorod layer is demonstrated to have enhanced reflectivity, showing the great potential of low-refractive-index films for applications in photonic structures and devices.

© 2006 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. K. Streubel, S. Rapp, J. André, and N. Chitica, Electron. Lett. 32, 1369 (1996).
    [CrossRef]
  2. S.-T. Ho, S. L. McCall, R. E. Slusher, L. N. Pfeiffer, K. W. West, A. F. J. Levi, G. E. Blonder, and J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 57, 1387 (1990).
    [CrossRef]
  3. B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. D. Joannopoulos, and Y. Fink, Nature 420, 650 (2002).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. J.-Q. Xi, M. Ojha, W. Cho, J. L. Plawsky, W. N. Gill, Th. Gessmann, and E. F. Schubert, Opt. Lett. 30, 1518 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. J.-Q. Xi, M. Ojha, J. L. Plawsky, W. N. Gill, J. K. Kim, and E. F. Schubert, Appl. Phys. Lett. 87, 031111 (2005).
    [CrossRef]
  6. S. V. Nitta, V. Pisupatti, A. Jain, P. C. Wayner, Jr., W. N. Gill, and J. L. Plawsky, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 205 (1999).
    [CrossRef]
  7. A. Jain, S. Rogojevic, S. Ponoth, N. Agarwal, I. Matthew, W. N. Gill, P. Persans, M. Tomozawa, J. L. Plawsky, and E. Simonyi, Thin Solid Films 398-399, 513 (2001).
    [CrossRef]
  8. J. G. W. van de Waterbeemd and G. W. van Oosterhout, Philips Res. Rep. 22, 375 (1967).
  9. A. Lakhtakia and R. Messier, Sculptured Thin Films: Nanoengineered Morphology and Optics, Press Monograph PM143 (SPIE, 2005).
    [CrossRef]
  10. H. Koenig and G. Helwig, Optik (Stuttgart) 6, 111 (1950).
  11. L. Holland, J. Opt. Soc. Am. 43, 376 (1953).
    [CrossRef]
  12. K. Kaminska and K. Robbie, Appl. Opt. 43, 1570 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. T. Motohiro and Y. Taga, Appl. Opt. 28, 2466 (1989).
    [CrossRef] [PubMed]

2005 (2)

J.-Q. Xi, M. Ojha, J. L. Plawsky, W. N. Gill, J. K. Kim, and E. F. Schubert, Appl. Phys. Lett. 87, 031111 (2005).
[CrossRef]

J.-Q. Xi, M. Ojha, W. Cho, J. L. Plawsky, W. N. Gill, Th. Gessmann, and E. F. Schubert, Opt. Lett. 30, 1518 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

2004 (1)

2002 (1)

B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. D. Joannopoulos, and Y. Fink, Nature 420, 650 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

2001 (1)

A. Jain, S. Rogojevic, S. Ponoth, N. Agarwal, I. Matthew, W. N. Gill, P. Persans, M. Tomozawa, J. L. Plawsky, and E. Simonyi, Thin Solid Films 398-399, 513 (2001).
[CrossRef]

1999 (1)

S. V. Nitta, V. Pisupatti, A. Jain, P. C. Wayner, Jr., W. N. Gill, and J. L. Plawsky, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 205 (1999).
[CrossRef]

1996 (1)

K. Streubel, S. Rapp, J. André, and N. Chitica, Electron. Lett. 32, 1369 (1996).
[CrossRef]

1990 (1)

S.-T. Ho, S. L. McCall, R. E. Slusher, L. N. Pfeiffer, K. W. West, A. F. J. Levi, G. E. Blonder, and J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 57, 1387 (1990).
[CrossRef]

1989 (1)

1967 (1)

J. G. W. van de Waterbeemd and G. W. van Oosterhout, Philips Res. Rep. 22, 375 (1967).

1953 (1)

1950 (1)

H. Koenig and G. Helwig, Optik (Stuttgart) 6, 111 (1950).

Agarwal, N.

A. Jain, S. Rogojevic, S. Ponoth, N. Agarwal, I. Matthew, W. N. Gill, P. Persans, M. Tomozawa, J. L. Plawsky, and E. Simonyi, Thin Solid Films 398-399, 513 (2001).
[CrossRef]

André, J.

K. Streubel, S. Rapp, J. André, and N. Chitica, Electron. Lett. 32, 1369 (1996).
[CrossRef]

Benoit, G.

B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. D. Joannopoulos, and Y. Fink, Nature 420, 650 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Blonder, G. E.

S.-T. Ho, S. L. McCall, R. E. Slusher, L. N. Pfeiffer, K. W. West, A. F. J. Levi, G. E. Blonder, and J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 57, 1387 (1990).
[CrossRef]

Chitica, N.

K. Streubel, S. Rapp, J. André, and N. Chitica, Electron. Lett. 32, 1369 (1996).
[CrossRef]

Cho, W.

Fink, Y.

B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. D. Joannopoulos, and Y. Fink, Nature 420, 650 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Gessmann, Th.

Gill, W. N.

J.-Q. Xi, M. Ojha, W. Cho, J. L. Plawsky, W. N. Gill, Th. Gessmann, and E. F. Schubert, Opt. Lett. 30, 1518 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

J.-Q. Xi, M. Ojha, J. L. Plawsky, W. N. Gill, J. K. Kim, and E. F. Schubert, Appl. Phys. Lett. 87, 031111 (2005).
[CrossRef]

A. Jain, S. Rogojevic, S. Ponoth, N. Agarwal, I. Matthew, W. N. Gill, P. Persans, M. Tomozawa, J. L. Plawsky, and E. Simonyi, Thin Solid Films 398-399, 513 (2001).
[CrossRef]

S. V. Nitta, V. Pisupatti, A. Jain, P. C. Wayner, Jr., W. N. Gill, and J. L. Plawsky, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 205 (1999).
[CrossRef]

Hart, S. D.

B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. D. Joannopoulos, and Y. Fink, Nature 420, 650 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Helwig, G.

H. Koenig and G. Helwig, Optik (Stuttgart) 6, 111 (1950).

Ho, S.-T.

S.-T. Ho, S. L. McCall, R. E. Slusher, L. N. Pfeiffer, K. W. West, A. F. J. Levi, G. E. Blonder, and J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 57, 1387 (1990).
[CrossRef]

Holland, L.

Jain, A.

A. Jain, S. Rogojevic, S. Ponoth, N. Agarwal, I. Matthew, W. N. Gill, P. Persans, M. Tomozawa, J. L. Plawsky, and E. Simonyi, Thin Solid Films 398-399, 513 (2001).
[CrossRef]

S. V. Nitta, V. Pisupatti, A. Jain, P. C. Wayner, Jr., W. N. Gill, and J. L. Plawsky, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 205 (1999).
[CrossRef]

Jewell, J. L.

S.-T. Ho, S. L. McCall, R. E. Slusher, L. N. Pfeiffer, K. W. West, A. F. J. Levi, G. E. Blonder, and J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 57, 1387 (1990).
[CrossRef]

Joannopoulos, J. D.

B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. D. Joannopoulos, and Y. Fink, Nature 420, 650 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Kaminska, K.

Kim, J. K.

J.-Q. Xi, M. Ojha, J. L. Plawsky, W. N. Gill, J. K. Kim, and E. F. Schubert, Appl. Phys. Lett. 87, 031111 (2005).
[CrossRef]

Koenig, H.

H. Koenig and G. Helwig, Optik (Stuttgart) 6, 111 (1950).

Lakhtakia, A.

A. Lakhtakia and R. Messier, Sculptured Thin Films: Nanoengineered Morphology and Optics, Press Monograph PM143 (SPIE, 2005).
[CrossRef]

Levi, A. F. J.

S.-T. Ho, S. L. McCall, R. E. Slusher, L. N. Pfeiffer, K. W. West, A. F. J. Levi, G. E. Blonder, and J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 57, 1387 (1990).
[CrossRef]

Matthew, I.

A. Jain, S. Rogojevic, S. Ponoth, N. Agarwal, I. Matthew, W. N. Gill, P. Persans, M. Tomozawa, J. L. Plawsky, and E. Simonyi, Thin Solid Films 398-399, 513 (2001).
[CrossRef]

McCall, S. L.

S.-T. Ho, S. L. McCall, R. E. Slusher, L. N. Pfeiffer, K. W. West, A. F. J. Levi, G. E. Blonder, and J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 57, 1387 (1990).
[CrossRef]

Messier, R.

A. Lakhtakia and R. Messier, Sculptured Thin Films: Nanoengineered Morphology and Optics, Press Monograph PM143 (SPIE, 2005).
[CrossRef]

Motohiro, T.

Nitta, S. V.

S. V. Nitta, V. Pisupatti, A. Jain, P. C. Wayner, Jr., W. N. Gill, and J. L. Plawsky, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 205 (1999).
[CrossRef]

Ojha, M.

J.-Q. Xi, M. Ojha, W. Cho, J. L. Plawsky, W. N. Gill, Th. Gessmann, and E. F. Schubert, Opt. Lett. 30, 1518 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

J.-Q. Xi, M. Ojha, J. L. Plawsky, W. N. Gill, J. K. Kim, and E. F. Schubert, Appl. Phys. Lett. 87, 031111 (2005).
[CrossRef]

Persans, P.

A. Jain, S. Rogojevic, S. Ponoth, N. Agarwal, I. Matthew, W. N. Gill, P. Persans, M. Tomozawa, J. L. Plawsky, and E. Simonyi, Thin Solid Films 398-399, 513 (2001).
[CrossRef]

Pfeiffer, L. N.

S.-T. Ho, S. L. McCall, R. E. Slusher, L. N. Pfeiffer, K. W. West, A. F. J. Levi, G. E. Blonder, and J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 57, 1387 (1990).
[CrossRef]

Pisupatti, V.

S. V. Nitta, V. Pisupatti, A. Jain, P. C. Wayner, Jr., W. N. Gill, and J. L. Plawsky, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 205 (1999).
[CrossRef]

Plawsky, J. L.

J.-Q. Xi, M. Ojha, W. Cho, J. L. Plawsky, W. N. Gill, Th. Gessmann, and E. F. Schubert, Opt. Lett. 30, 1518 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

J.-Q. Xi, M. Ojha, J. L. Plawsky, W. N. Gill, J. K. Kim, and E. F. Schubert, Appl. Phys. Lett. 87, 031111 (2005).
[CrossRef]

A. Jain, S. Rogojevic, S. Ponoth, N. Agarwal, I. Matthew, W. N. Gill, P. Persans, M. Tomozawa, J. L. Plawsky, and E. Simonyi, Thin Solid Films 398-399, 513 (2001).
[CrossRef]

S. V. Nitta, V. Pisupatti, A. Jain, P. C. Wayner, Jr., W. N. Gill, and J. L. Plawsky, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 205 (1999).
[CrossRef]

Ponoth, S.

A. Jain, S. Rogojevic, S. Ponoth, N. Agarwal, I. Matthew, W. N. Gill, P. Persans, M. Tomozawa, J. L. Plawsky, and E. Simonyi, Thin Solid Films 398-399, 513 (2001).
[CrossRef]

Rapp, S.

K. Streubel, S. Rapp, J. André, and N. Chitica, Electron. Lett. 32, 1369 (1996).
[CrossRef]

Robbie, K.

Rogojevic, S.

A. Jain, S. Rogojevic, S. Ponoth, N. Agarwal, I. Matthew, W. N. Gill, P. Persans, M. Tomozawa, J. L. Plawsky, and E. Simonyi, Thin Solid Films 398-399, 513 (2001).
[CrossRef]

Schubert, E. F.

J.-Q. Xi, M. Ojha, J. L. Plawsky, W. N. Gill, J. K. Kim, and E. F. Schubert, Appl. Phys. Lett. 87, 031111 (2005).
[CrossRef]

J.-Q. Xi, M. Ojha, W. Cho, J. L. Plawsky, W. N. Gill, Th. Gessmann, and E. F. Schubert, Opt. Lett. 30, 1518 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Simonyi, E.

A. Jain, S. Rogojevic, S. Ponoth, N. Agarwal, I. Matthew, W. N. Gill, P. Persans, M. Tomozawa, J. L. Plawsky, and E. Simonyi, Thin Solid Films 398-399, 513 (2001).
[CrossRef]

Slusher, R. E.

S.-T. Ho, S. L. McCall, R. E. Slusher, L. N. Pfeiffer, K. W. West, A. F. J. Levi, G. E. Blonder, and J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 57, 1387 (1990).
[CrossRef]

Streubel, K.

K. Streubel, S. Rapp, J. André, and N. Chitica, Electron. Lett. 32, 1369 (1996).
[CrossRef]

Taga, Y.

Temelkuran, B.

B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. D. Joannopoulos, and Y. Fink, Nature 420, 650 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Tomozawa, M.

A. Jain, S. Rogojevic, S. Ponoth, N. Agarwal, I. Matthew, W. N. Gill, P. Persans, M. Tomozawa, J. L. Plawsky, and E. Simonyi, Thin Solid Films 398-399, 513 (2001).
[CrossRef]

van de Waterbeemd, J. G. W.

J. G. W. van de Waterbeemd and G. W. van Oosterhout, Philips Res. Rep. 22, 375 (1967).

van Oosterhout, G. W.

J. G. W. van de Waterbeemd and G. W. van Oosterhout, Philips Res. Rep. 22, 375 (1967).

Wayner, P. C.

S. V. Nitta, V. Pisupatti, A. Jain, P. C. Wayner, Jr., W. N. Gill, and J. L. Plawsky, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 205 (1999).
[CrossRef]

West, K. W.

S.-T. Ho, S. L. McCall, R. E. Slusher, L. N. Pfeiffer, K. W. West, A. F. J. Levi, G. E. Blonder, and J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 57, 1387 (1990).
[CrossRef]

Xi, J.-Q.

J.-Q. Xi, M. Ojha, W. Cho, J. L. Plawsky, W. N. Gill, Th. Gessmann, and E. F. Schubert, Opt. Lett. 30, 1518 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

J.-Q. Xi, M. Ojha, J. L. Plawsky, W. N. Gill, J. K. Kim, and E. F. Schubert, Appl. Phys. Lett. 87, 031111 (2005).
[CrossRef]

Appl. Opt. (2)

Appl. Phys. Lett. (2)

J.-Q. Xi, M. Ojha, J. L. Plawsky, W. N. Gill, J. K. Kim, and E. F. Schubert, Appl. Phys. Lett. 87, 031111 (2005).
[CrossRef]

S.-T. Ho, S. L. McCall, R. E. Slusher, L. N. Pfeiffer, K. W. West, A. F. J. Levi, G. E. Blonder, and J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 57, 1387 (1990).
[CrossRef]

Electron. Lett. (1)

K. Streubel, S. Rapp, J. André, and N. Chitica, Electron. Lett. 32, 1369 (1996).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. (1)

J. Vac. Sci. Technol. B (1)

S. V. Nitta, V. Pisupatti, A. Jain, P. C. Wayner, Jr., W. N. Gill, and J. L. Plawsky, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 205 (1999).
[CrossRef]

Nature (1)

B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. D. Joannopoulos, and Y. Fink, Nature 420, 650 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Lett. (1)

Optik (Stuttgart) (1)

H. Koenig and G. Helwig, Optik (Stuttgart) 6, 111 (1950).

Philips Res. Rep. (1)

J. G. W. van de Waterbeemd and G. W. van Oosterhout, Philips Res. Rep. 22, 375 (1967).

Thin Solid Films (1)

A. Jain, S. Rogojevic, S. Ponoth, N. Agarwal, I. Matthew, W. N. Gill, P. Persans, M. Tomozawa, J. L. Plawsky, and E. Simonyi, Thin Solid Films 398-399, 513 (2001).
[CrossRef]

Other (1)

A. Lakhtakia and R. Messier, Sculptured Thin Films: Nanoengineered Morphology and Optics, Press Monograph PM143 (SPIE, 2005).
[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) Schematic of oblique-angle deposition. (b) Top and cross-sectional views of a SEM for a Si O 2 nanorod layer.

Fig. 2
Fig. 2

(Color online) (a) Cross-sectional view of a SEM of a Si O 2 nanorod film. (b) Ellipsometry raw data, Ψ and Δ, and the model fit of the Cauchy layer on the Si substrate versus wavelength. The refractive index and thickness of the Cauchy layer are fitted. The mean square error of the fit is 5.3.

Fig. 3
Fig. 3

(Color online) (a) Fabrication steps for closing the openings at the top surface of the Si O 2 nanorod layer. (b) SEM of a single-pair dielectric reflector incorporating a Si O 2 nanorod layer. (c) AFM of a single-pair dielectric reflector incorporating a Si O 2 nanorod layer ( 5 μ m × 5 μ m ) . (d) AFM of a single-pair dielectric reflector, Si/dense Si O 2 ( 5 μ m × 5 μ m ) .

Fig. 4
Fig. 4

(Color online) Reflectivity of a single-pair dielectric reflector employing a Si O 2 nanorod layer and a reflector employing dense Si O 2 at normal incidence. The solid curves are measured reflectivity, and the dashed curves are calculated reflectivity.

Metrics