Abstract

We theoretically investigate slow and fast light propagation and pulse velocity control in a nanocavity containing a single quantum dot side-coupled to a planar-photonic-crystal waveguide. We demonstrate that low coupling strength (i.e., the weak coupling regime) between a cavity and a dot, under on-resonance condition, can lead to delays of about +90 ps for a pulse 1/e-width of 280 ps. The group delay dependence on the various coupling parameters suggests achievable delays of +300 ps and consequently very slow light speeds of around 5000 m/s in a 1.5 μm cavity-waveguide section. We also show that under off-resonant condition one can achieve significant pulse advancement of −60 ps.

© 2007 Optical Society of America

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. R. W. Boyd and D. J. Gauthier, in Progress in Optics, E.Wolf, ed. (Elsevier, 2002), Vol. 43, pp. 497-530.
  2. L. V. Hau, S. E. Harris, Z. Dutton, and C. Behroozi, Nature 397, 594 (1999).
    [CrossRef]
  3. M. S. Bigelow, N. N. Lepeshkin, and R. W. Boyd, Science 301, 200 (2003).
    [CrossRef]
  4. J. E. Sharping, Y. Okawachi, and A. L. Gaeta, Opt. Express 13, 6092 (2005).
    [CrossRef]
  5. Y. Okawachi, M. S. Bigelow, J. E. Sharping, Z. Zhu, A. Schweinsberg, D. J. Gauthier, R. W. Boyd, and A. L. Gaeta, Phys. Rev. Lett. 94, 153902 (2005).
    [CrossRef]
  6. M. F. Yanik and S. Fan, Phys. Rev. Lett. 92, 083901 (2004).
    [CrossRef]
  7. J. B. Khurgin, J. Opt. Soc. Am. B 22, 1062 (2005).
    [CrossRef]
  8. E. Kuramochi, M. Notomi, S. Hughes, A. Shinya, T. Watanabe, and L. Ramunno, Phys. Rev. B 72, 161318(R) (2005).
    [CrossRef]
  9. D. Gerace and L. C. Andreani, Opt. Express 13, 4939 (2005).
    [CrossRef]
  10. E. Kuramochi, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, T. Tanabe, and T. Watanabe, Appl. Phys. Lett. 88, 041112 (2006).
    [CrossRef]
  11. Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
    [CrossRef]
  12. V. S. C. Manga Rao, S. Dutta Gupta, and G. S. Agarwal, Opt. Lett. 29, 307 (2003).
    [CrossRef]
  13. A. Badolato, K. Hennessy, M. Atature, J. Dreiser, E. Hu, P. M. Petroff, and A. Imamoglu, Science 308, 1158 (2005).
    [CrossRef]
  14. H. Altug and J. Vuckovic, Appl. Phys. Lett. 86, 111102 (2005).
    [CrossRef]
  15. S. Hughes and H. Kamada, Phys. Rev. B 70, 195313 (2004).
    [CrossRef]
  16. E. P. Wigner, Phys. Rev. 98, 145 (1955).
    [CrossRef]
  17. E. Waks and J. Vuckovic, Phys. Rev. Lett. 96, 153601 (2006).
    [CrossRef]
  18. L. J. Wang, A. Kuzmich, and A. Dogariu, Nature 406, 277 (2000).
    [CrossRef]
  19. S. Hughes, L. Ramunno, J. Y. Young, and J. E. Sipe, Phys. Rev. Lett. 94, 033903 (2005).
    [CrossRef]
  20. T. Unold, K. Mueller, C. Lienau, T. Elsaesser, and A. Briggs, Phys. Rev. Lett. 92, 157401 (2006).
    [CrossRef]
  21. See, for example, T. Nakaoka, S. Kako, and Y. Arakawa, Phys. Rev. B 73, 121305 (2006).
    [CrossRef]

2006 (4)

E. Kuramochi, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, T. Tanabe, and T. Watanabe, Appl. Phys. Lett. 88, 041112 (2006).
[CrossRef]

E. Waks and J. Vuckovic, Phys. Rev. Lett. 96, 153601 (2006).
[CrossRef]

T. Unold, K. Mueller, C. Lienau, T. Elsaesser, and A. Briggs, Phys. Rev. Lett. 92, 157401 (2006).
[CrossRef]

See, for example, T. Nakaoka, S. Kako, and Y. Arakawa, Phys. Rev. B 73, 121305 (2006).
[CrossRef]

2005 (8)

E. Kuramochi, M. Notomi, S. Hughes, A. Shinya, T. Watanabe, and L. Ramunno, Phys. Rev. B 72, 161318(R) (2005).
[CrossRef]

S. Hughes, L. Ramunno, J. Y. Young, and J. E. Sipe, Phys. Rev. Lett. 94, 033903 (2005).
[CrossRef]

Y. Okawachi, M. S. Bigelow, J. E. Sharping, Z. Zhu, A. Schweinsberg, D. J. Gauthier, R. W. Boyd, and A. L. Gaeta, Phys. Rev. Lett. 94, 153902 (2005).
[CrossRef]

A. Badolato, K. Hennessy, M. Atature, J. Dreiser, E. Hu, P. M. Petroff, and A. Imamoglu, Science 308, 1158 (2005).
[CrossRef]

H. Altug and J. Vuckovic, Appl. Phys. Lett. 86, 111102 (2005).
[CrossRef]

J. B. Khurgin, J. Opt. Soc. Am. B 22, 1062 (2005).
[CrossRef]

D. Gerace and L. C. Andreani, Opt. Express 13, 4939 (2005).
[CrossRef]

J. E. Sharping, Y. Okawachi, and A. L. Gaeta, Opt. Express 13, 6092 (2005).
[CrossRef]

2004 (2)

S. Hughes and H. Kamada, Phys. Rev. B 70, 195313 (2004).
[CrossRef]

M. F. Yanik and S. Fan, Phys. Rev. Lett. 92, 083901 (2004).
[CrossRef]

2003 (2)

M. S. Bigelow, N. N. Lepeshkin, and R. W. Boyd, Science 301, 200 (2003).
[CrossRef]

V. S. C. Manga Rao, S. Dutta Gupta, and G. S. Agarwal, Opt. Lett. 29, 307 (2003).
[CrossRef]

2002 (1)

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

2000 (1)

L. J. Wang, A. Kuzmich, and A. Dogariu, Nature 406, 277 (2000).
[CrossRef]

1999 (1)

L. V. Hau, S. E. Harris, Z. Dutton, and C. Behroozi, Nature 397, 594 (1999).
[CrossRef]

1955 (1)

E. P. Wigner, Phys. Rev. 98, 145 (1955).
[CrossRef]

Agarwal, G. S.

Altug, H.

H. Altug and J. Vuckovic, Appl. Phys. Lett. 86, 111102 (2005).
[CrossRef]

Andreani, L. C.

Arakawa, Y.

See, for example, T. Nakaoka, S. Kako, and Y. Arakawa, Phys. Rev. B 73, 121305 (2006).
[CrossRef]

Atature, M.

A. Badolato, K. Hennessy, M. Atature, J. Dreiser, E. Hu, P. M. Petroff, and A. Imamoglu, Science 308, 1158 (2005).
[CrossRef]

Badolato, A.

A. Badolato, K. Hennessy, M. Atature, J. Dreiser, E. Hu, P. M. Petroff, and A. Imamoglu, Science 308, 1158 (2005).
[CrossRef]

Behroozi, C.

L. V. Hau, S. E. Harris, Z. Dutton, and C. Behroozi, Nature 397, 594 (1999).
[CrossRef]

Bigelow, M. S.

Y. Okawachi, M. S. Bigelow, J. E. Sharping, Z. Zhu, A. Schweinsberg, D. J. Gauthier, R. W. Boyd, and A. L. Gaeta, Phys. Rev. Lett. 94, 153902 (2005).
[CrossRef]

M. S. Bigelow, N. N. Lepeshkin, and R. W. Boyd, Science 301, 200 (2003).
[CrossRef]

Boyd, R. W.

Y. Okawachi, M. S. Bigelow, J. E. Sharping, Z. Zhu, A. Schweinsberg, D. J. Gauthier, R. W. Boyd, and A. L. Gaeta, Phys. Rev. Lett. 94, 153902 (2005).
[CrossRef]

M. S. Bigelow, N. N. Lepeshkin, and R. W. Boyd, Science 301, 200 (2003).
[CrossRef]

R. W. Boyd and D. J. Gauthier, in Progress in Optics, E.Wolf, ed. (Elsevier, 2002), Vol. 43, pp. 497-530.

Briggs, A.

T. Unold, K. Mueller, C. Lienau, T. Elsaesser, and A. Briggs, Phys. Rev. Lett. 92, 157401 (2006).
[CrossRef]

Deng, L.

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

Dogariu, A.

L. J. Wang, A. Kuzmich, and A. Dogariu, Nature 406, 277 (2000).
[CrossRef]

Dreiser, J.

A. Badolato, K. Hennessy, M. Atature, J. Dreiser, E. Hu, P. M. Petroff, and A. Imamoglu, Science 308, 1158 (2005).
[CrossRef]

Dutton, Z.

L. V. Hau, S. E. Harris, Z. Dutton, and C. Behroozi, Nature 397, 594 (1999).
[CrossRef]

Elsaesser, T.

T. Unold, K. Mueller, C. Lienau, T. Elsaesser, and A. Briggs, Phys. Rev. Lett. 92, 157401 (2006).
[CrossRef]

Fan, S.

M. F. Yanik and S. Fan, Phys. Rev. Lett. 92, 083901 (2004).
[CrossRef]

Gaeta, A. L.

Y. Okawachi, M. S. Bigelow, J. E. Sharping, Z. Zhu, A. Schweinsberg, D. J. Gauthier, R. W. Boyd, and A. L. Gaeta, Phys. Rev. Lett. 94, 153902 (2005).
[CrossRef]

J. E. Sharping, Y. Okawachi, and A. L. Gaeta, Opt. Express 13, 6092 (2005).
[CrossRef]

Gauthier, D. J.

Y. Okawachi, M. S. Bigelow, J. E. Sharping, Z. Zhu, A. Schweinsberg, D. J. Gauthier, R. W. Boyd, and A. L. Gaeta, Phys. Rev. Lett. 94, 153902 (2005).
[CrossRef]

R. W. Boyd and D. J. Gauthier, in Progress in Optics, E.Wolf, ed. (Elsevier, 2002), Vol. 43, pp. 497-530.

Gerace, D.

Gupta, S. Dutta

Hagley, E.

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

Harris, S. E.

L. V. Hau, S. E. Harris, Z. Dutton, and C. Behroozi, Nature 397, 594 (1999).
[CrossRef]

Hau, L. V.

L. V. Hau, S. E. Harris, Z. Dutton, and C. Behroozi, Nature 397, 594 (1999).
[CrossRef]

Hennessy, K.

A. Badolato, K. Hennessy, M. Atature, J. Dreiser, E. Hu, P. M. Petroff, and A. Imamoglu, Science 308, 1158 (2005).
[CrossRef]

Hu, E.

A. Badolato, K. Hennessy, M. Atature, J. Dreiser, E. Hu, P. M. Petroff, and A. Imamoglu, Science 308, 1158 (2005).
[CrossRef]

Hughes, S.

E. Kuramochi, M. Notomi, S. Hughes, A. Shinya, T. Watanabe, and L. Ramunno, Phys. Rev. B 72, 161318(R) (2005).
[CrossRef]

S. Hughes, L. Ramunno, J. Y. Young, and J. E. Sipe, Phys. Rev. Lett. 94, 033903 (2005).
[CrossRef]

S. Hughes and H. Kamada, Phys. Rev. B 70, 195313 (2004).
[CrossRef]

Imamoglu, A.

A. Badolato, K. Hennessy, M. Atature, J. Dreiser, E. Hu, P. M. Petroff, and A. Imamoglu, Science 308, 1158 (2005).
[CrossRef]

Kako, S.

See, for example, T. Nakaoka, S. Kako, and Y. Arakawa, Phys. Rev. B 73, 121305 (2006).
[CrossRef]

Kamada, H.

S. Hughes and H. Kamada, Phys. Rev. B 70, 195313 (2004).
[CrossRef]

Khurgin, J. B.

Kozuma, M.

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

Kuga, T.

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

Kuramochi, E.

E. Kuramochi, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, T. Tanabe, and T. Watanabe, Appl. Phys. Lett. 88, 041112 (2006).
[CrossRef]

E. Kuramochi, M. Notomi, S. Hughes, A. Shinya, T. Watanabe, and L. Ramunno, Phys. Rev. B 72, 161318(R) (2005).
[CrossRef]

Kuzmich, A.

L. J. Wang, A. Kuzmich, and A. Dogariu, Nature 406, 277 (2000).
[CrossRef]

Lepeshkin, N. N.

M. S. Bigelow, N. N. Lepeshkin, and R. W. Boyd, Science 301, 200 (2003).
[CrossRef]

Lienau, C.

T. Unold, K. Mueller, C. Lienau, T. Elsaesser, and A. Briggs, Phys. Rev. Lett. 92, 157401 (2006).
[CrossRef]

Manga Rao, V. S. C.

Mitsugi, S.

E. Kuramochi, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, T. Tanabe, and T. Watanabe, Appl. Phys. Lett. 88, 041112 (2006).
[CrossRef]

Mueller, K.

T. Unold, K. Mueller, C. Lienau, T. Elsaesser, and A. Briggs, Phys. Rev. Lett. 92, 157401 (2006).
[CrossRef]

Nakaoka, T.

See, for example, T. Nakaoka, S. Kako, and Y. Arakawa, Phys. Rev. B 73, 121305 (2006).
[CrossRef]

Notomi, M.

E. Kuramochi, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, T. Tanabe, and T. Watanabe, Appl. Phys. Lett. 88, 041112 (2006).
[CrossRef]

E. Kuramochi, M. Notomi, S. Hughes, A. Shinya, T. Watanabe, and L. Ramunno, Phys. Rev. B 72, 161318(R) (2005).
[CrossRef]

Okawachi, Y.

Y. Okawachi, M. S. Bigelow, J. E. Sharping, Z. Zhu, A. Schweinsberg, D. J. Gauthier, R. W. Boyd, and A. L. Gaeta, Phys. Rev. Lett. 94, 153902 (2005).
[CrossRef]

J. E. Sharping, Y. Okawachi, and A. L. Gaeta, Opt. Express 13, 6092 (2005).
[CrossRef]

Petroff, P. M.

A. Badolato, K. Hennessy, M. Atature, J. Dreiser, E. Hu, P. M. Petroff, and A. Imamoglu, Science 308, 1158 (2005).
[CrossRef]

Ramunno, L.

E. Kuramochi, M. Notomi, S. Hughes, A. Shinya, T. Watanabe, and L. Ramunno, Phys. Rev. B 72, 161318(R) (2005).
[CrossRef]

S. Hughes, L. Ramunno, J. Y. Young, and J. E. Sipe, Phys. Rev. Lett. 94, 033903 (2005).
[CrossRef]

Schweinsberg, A.

Y. Okawachi, M. S. Bigelow, J. E. Sharping, Z. Zhu, A. Schweinsberg, D. J. Gauthier, R. W. Boyd, and A. L. Gaeta, Phys. Rev. Lett. 94, 153902 (2005).
[CrossRef]

Sharping, J. E.

Y. Okawachi, M. S. Bigelow, J. E. Sharping, Z. Zhu, A. Schweinsberg, D. J. Gauthier, R. W. Boyd, and A. L. Gaeta, Phys. Rev. Lett. 94, 153902 (2005).
[CrossRef]

J. E. Sharping, Y. Okawachi, and A. L. Gaeta, Opt. Express 13, 6092 (2005).
[CrossRef]

Shimizu, Y.

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

Shinya, A.

E. Kuramochi, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, T. Tanabe, and T. Watanabe, Appl. Phys. Lett. 88, 041112 (2006).
[CrossRef]

E. Kuramochi, M. Notomi, S. Hughes, A. Shinya, T. Watanabe, and L. Ramunno, Phys. Rev. B 72, 161318(R) (2005).
[CrossRef]

Shiokawa, N.

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

Sipe, J. E.

S. Hughes, L. Ramunno, J. Y. Young, and J. E. Sipe, Phys. Rev. Lett. 94, 033903 (2005).
[CrossRef]

Tanabe, T.

E. Kuramochi, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, T. Tanabe, and T. Watanabe, Appl. Phys. Lett. 88, 041112 (2006).
[CrossRef]

Unold, T.

T. Unold, K. Mueller, C. Lienau, T. Elsaesser, and A. Briggs, Phys. Rev. Lett. 92, 157401 (2006).
[CrossRef]

Vuckovic, J.

E. Waks and J. Vuckovic, Phys. Rev. Lett. 96, 153601 (2006).
[CrossRef]

H. Altug and J. Vuckovic, Appl. Phys. Lett. 86, 111102 (2005).
[CrossRef]

Waks, E.

E. Waks and J. Vuckovic, Phys. Rev. Lett. 96, 153601 (2006).
[CrossRef]

Wang, L. J.

L. J. Wang, A. Kuzmich, and A. Dogariu, Nature 406, 277 (2000).
[CrossRef]

Watanabe, T.

E. Kuramochi, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, T. Tanabe, and T. Watanabe, Appl. Phys. Lett. 88, 041112 (2006).
[CrossRef]

E. Kuramochi, M. Notomi, S. Hughes, A. Shinya, T. Watanabe, and L. Ramunno, Phys. Rev. B 72, 161318(R) (2005).
[CrossRef]

Wigner, E. P.

E. P. Wigner, Phys. Rev. 98, 145 (1955).
[CrossRef]

Yamamoto, N.

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

Yanik, M. F.

M. F. Yanik and S. Fan, Phys. Rev. Lett. 92, 083901 (2004).
[CrossRef]

Young, J. Y.

S. Hughes, L. Ramunno, J. Y. Young, and J. E. Sipe, Phys. Rev. Lett. 94, 033903 (2005).
[CrossRef]

Zhu, Z.

Y. Okawachi, M. S. Bigelow, J. E. Sharping, Z. Zhu, A. Schweinsberg, D. J. Gauthier, R. W. Boyd, and A. L. Gaeta, Phys. Rev. Lett. 94, 153902 (2005).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (2)

H. Altug and J. Vuckovic, Appl. Phys. Lett. 86, 111102 (2005).
[CrossRef]

E. Kuramochi, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, T. Tanabe, and T. Watanabe, Appl. Phys. Lett. 88, 041112 (2006).
[CrossRef]

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

Nature (2)

L. J. Wang, A. Kuzmich, and A. Dogariu, Nature 406, 277 (2000).
[CrossRef]

L. V. Hau, S. E. Harris, Z. Dutton, and C. Behroozi, Nature 397, 594 (1999).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. (1)

E. P. Wigner, Phys. Rev. 98, 145 (1955).
[CrossRef]

Phys. Rev. B (3)

See, for example, T. Nakaoka, S. Kako, and Y. Arakawa, Phys. Rev. B 73, 121305 (2006).
[CrossRef]

S. Hughes and H. Kamada, Phys. Rev. B 70, 195313 (2004).
[CrossRef]

E. Kuramochi, M. Notomi, S. Hughes, A. Shinya, T. Watanabe, and L. Ramunno, Phys. Rev. B 72, 161318(R) (2005).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (6)

Y. Okawachi, M. S. Bigelow, J. E. Sharping, Z. Zhu, A. Schweinsberg, D. J. Gauthier, R. W. Boyd, and A. L. Gaeta, Phys. Rev. Lett. 94, 153902 (2005).
[CrossRef]

M. F. Yanik and S. Fan, Phys. Rev. Lett. 92, 083901 (2004).
[CrossRef]

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

E. Waks and J. Vuckovic, Phys. Rev. Lett. 96, 153601 (2006).
[CrossRef]

S. Hughes, L. Ramunno, J. Y. Young, and J. E. Sipe, Phys. Rev. Lett. 94, 033903 (2005).
[CrossRef]

T. Unold, K. Mueller, C. Lienau, T. Elsaesser, and A. Briggs, Phys. Rev. Lett. 92, 157401 (2006).
[CrossRef]

Science (2)

M. S. Bigelow, N. N. Lepeshkin, and R. W. Boyd, Science 301, 200 (2003).
[CrossRef]

A. Badolato, K. Hennessy, M. Atature, J. Dreiser, E. Hu, P. M. Petroff, and A. Imamoglu, Science 308, 1158 (2005).
[CrossRef]

Other (1)

R. W. Boyd and D. J. Gauthier, in Progress in Optics, E.Wolf, ed. (Elsevier, 2002), Vol. 43, pp. 497-530.

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.


Metrics