Abstract

Temperature-tunable directional laser emission from a dye-doped liquid-crystal-based planar random cavity laser is presented. The optically pumped nematic liquid crystal infiltrated planar random microcavity produces an ultranarrow linewidth (0.03nm, corresponding to Q>20,000), highly directional (1.4° divergence angle) laser emission. By increasing the temperature from 27°C to 34°C, the wavelength of an emitted polarized laser can be tuned between 605.8 and 608.5 (ordinary light) and 631.3 and 624.9nm (extraordinary light). A simulation result from the transfer matrix method that matches the experimental results well is also presented.

© 2007 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, A. S. L. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).
    [CrossRef]
  2. H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
    [CrossRef]
  3. V. M. Apalkov, M. E. Raith, and B. Shapiro, Phys. Rev. Lett. 89, 016802 (2002).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
    [CrossRef]
  5. D. S. Wiersma, Nature 406, 132 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. S. V. Frolov, Z. V. Varderny, K. Yoshino, A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Phys. Rev. B 59, R5284 (1999).
    [CrossRef]
  7. M. N. Shkunov, Z. V. Varderny, M. C. Delong, R. C. Polson, A. A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Adv. Funct. Mater. 12, 21 (2002).
    [CrossRef]
  8. R. C. Polson and Z. V. Varderny, Appl. Phys. Lett. 85, 1289 (2004).
    [CrossRef]
  9. R. C. Polson, A. Chipouline, and Z. V. Vardeny, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 760 (2001).
    [CrossRef]
  10. A. M. Vredenberg, N. E. J. Hunt, E. F. Schubert, D. C. Jacobson, J. M. Poate, and G. J. Zydzik, Phys. Rev. Lett. 71, 517 (1993).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. Q. H. Song, L. Y. Liu, T. Ling, L. Xu, and W. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 82, 2939 (2003).
    [CrossRef]
  12. G. Bjork, H. Heimann, and Y. Yamamoto, Phys. Rev. A 47, 4451 (1993).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. Q. H. Song, L. Y. Liu, S. M. Xiao, X. C. Zhou, W. C. Wang, and L. Xu, Phys. Rev. Lett. 96, 033902 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. K. Busch and S. John, Phys. Rev. Lett. 83, 967 (1999).
    [CrossRef]
  15. P. A. Hobson, W. L. Barnes, D. G. Lidzey, G. A. Gehring, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, and S. Walker, Appl. Phys. Lett. 81, 3519 (2002).
    [CrossRef]
  16. J. Li, G. Sebastian, and S. T. Wu, J. Appl. Phys. 96, 19 (2004).
    [CrossRef]

2006 (1)

Q. H. Song, L. Y. Liu, S. M. Xiao, X. C. Zhou, W. C. Wang, and L. Xu, Phys. Rev. Lett. 96, 033902 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

2005 (1)

Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
[CrossRef]

2004 (2)

R. C. Polson and Z. V. Varderny, Appl. Phys. Lett. 85, 1289 (2004).
[CrossRef]

J. Li, G. Sebastian, and S. T. Wu, J. Appl. Phys. 96, 19 (2004).
[CrossRef]

2003 (1)

Q. H. Song, L. Y. Liu, T. Ling, L. Xu, and W. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 82, 2939 (2003).
[CrossRef]

2002 (3)

P. A. Hobson, W. L. Barnes, D. G. Lidzey, G. A. Gehring, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, and S. Walker, Appl. Phys. Lett. 81, 3519 (2002).
[CrossRef]

V. M. Apalkov, M. E. Raith, and B. Shapiro, Phys. Rev. Lett. 89, 016802 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

M. N. Shkunov, Z. V. Varderny, M. C. Delong, R. C. Polson, A. A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Adv. Funct. Mater. 12, 21 (2002).
[CrossRef]

2001 (1)

R. C. Polson, A. Chipouline, and Z. V. Vardeny, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 760 (2001).
[CrossRef]

2000 (1)

D. S. Wiersma, Nature 406, 132 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

1999 (3)

S. V. Frolov, Z. V. Varderny, K. Yoshino, A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Phys. Rev. B 59, R5284 (1999).
[CrossRef]

H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
[CrossRef]

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

1994 (1)

N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, A. S. L. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).
[CrossRef]

1993 (2)

A. M. Vredenberg, N. E. J. Hunt, E. F. Schubert, D. C. Jacobson, J. M. Poate, and G. J. Zydzik, Phys. Rev. Lett. 71, 517 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

G. Bjork, H. Heimann, and Y. Yamamoto, Phys. Rev. A 47, 4451 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Apalkov, V. M.

V. M. Apalkov, M. E. Raith, and B. Shapiro, Phys. Rev. Lett. 89, 016802 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Balachandran, R. M.

N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, A. S. L. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).
[CrossRef]

Barnes, W. L.

P. A. Hobson, W. L. Barnes, D. G. Lidzey, G. A. Gehring, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, and S. Walker, Appl. Phys. Lett. 81, 3519 (2002).
[CrossRef]

Baughman, R. H.

M. N. Shkunov, Z. V. Varderny, M. C. Delong, R. C. Polson, A. A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Adv. Funct. Mater. 12, 21 (2002).
[CrossRef]

S. V. Frolov, Z. V. Varderny, K. Yoshino, A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Phys. Rev. B 59, R5284 (1999).
[CrossRef]

Bjork, G.

G. Bjork, H. Heimann, and Y. Yamamoto, Phys. Rev. A 47, 4451 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Busch, K.

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

Cao, H.

H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
[CrossRef]

Chang, R. P. H.

H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
[CrossRef]

Chipouline, A.

R. C. Polson, A. Chipouline, and Z. V. Vardeny, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 760 (2001).
[CrossRef]

Delong, M. C.

M. N. Shkunov, Z. V. Varderny, M. C. Delong, R. C. Polson, A. A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Adv. Funct. Mater. 12, 21 (2002).
[CrossRef]

Frolov, S. V.

S. V. Frolov, Z. V. Varderny, K. Yoshino, A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Phys. Rev. B 59, R5284 (1999).
[CrossRef]

Gehring, G. A.

P. A. Hobson, W. L. Barnes, D. G. Lidzey, G. A. Gehring, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, and S. Walker, Appl. Phys. Lett. 81, 3519 (2002).
[CrossRef]

Gomes, A. S. L.

N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, A. S. L. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).
[CrossRef]

Heimann, H.

G. Bjork, H. Heimann, and Y. Yamamoto, Phys. Rev. A 47, 4451 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Ho, S. T.

H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
[CrossRef]

Hobson, P. A.

P. A. Hobson, W. L. Barnes, D. G. Lidzey, G. A. Gehring, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, and S. Walker, Appl. Phys. Lett. 81, 3519 (2002).
[CrossRef]

Hunt, N. E. J.

A. M. Vredenberg, N. E. J. Hunt, E. F. Schubert, D. C. Jacobson, J. M. Poate, and G. J. Zydzik, Phys. Rev. Lett. 71, 517 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Jacobson, D. C.

A. M. Vredenberg, N. E. J. Hunt, E. F. Schubert, D. C. Jacobson, J. M. Poate, and G. J. Zydzik, Phys. Rev. Lett. 71, 517 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

John, S.

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

Lawandy, N. M.

N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, A. S. L. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).
[CrossRef]

Li, J.

J. Li, G. Sebastian, and S. T. Wu, J. Appl. Phys. 96, 19 (2004).
[CrossRef]

Lidzey, D. G.

P. A. Hobson, W. L. Barnes, D. G. Lidzey, G. A. Gehring, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, and S. Walker, Appl. Phys. Lett. 81, 3519 (2002).
[CrossRef]

Ling, T.

Q. H. Song, L. Y. Liu, T. Ling, L. Xu, and W. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 82, 2939 (2003).
[CrossRef]

Liu, L. Y.

Q. H. Song, L. Y. Liu, S. M. Xiao, X. C. Zhou, W. C. Wang, and L. Xu, Phys. Rev. Lett. 96, 033902 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
[CrossRef]

Q. H. Song, L. Y. Liu, T. Ling, L. Xu, and W. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 82, 2939 (2003).
[CrossRef]

Poate, J. M.

A. M. Vredenberg, N. E. J. Hunt, E. F. Schubert, D. C. Jacobson, J. M. Poate, and G. J. Zydzik, Phys. Rev. Lett. 71, 517 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Polson, R. C.

R. C. Polson and Z. V. Varderny, Appl. Phys. Lett. 85, 1289 (2004).
[CrossRef]

M. N. Shkunov, Z. V. Varderny, M. C. Delong, R. C. Polson, A. A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Adv. Funct. Mater. 12, 21 (2002).
[CrossRef]

R. C. Polson, A. Chipouline, and Z. V. Vardeny, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 760 (2001).
[CrossRef]

Raith, M. E.

V. M. Apalkov, M. E. Raith, and B. Shapiro, Phys. Rev. Lett. 89, 016802 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Sauvain, E.

N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, A. S. L. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).
[CrossRef]

Schubert, E. F.

A. M. Vredenberg, N. E. J. Hunt, E. F. Schubert, D. C. Jacobson, J. M. Poate, and G. J. Zydzik, Phys. Rev. Lett. 71, 517 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Sebastian, G.

J. Li, G. Sebastian, and S. T. Wu, J. Appl. Phys. 96, 19 (2004).
[CrossRef]

Seelig, E. W.

H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
[CrossRef]

Shapiro, B.

V. M. Apalkov, M. E. Raith, and B. Shapiro, Phys. Rev. Lett. 89, 016802 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Shkunov, M. N.

M. N. Shkunov, Z. V. Varderny, M. C. Delong, R. C. Polson, A. A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Adv. Funct. Mater. 12, 21 (2002).
[CrossRef]

Skolnick, M. S.

P. A. Hobson, W. L. Barnes, D. G. Lidzey, G. A. Gehring, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, and S. Walker, Appl. Phys. Lett. 81, 3519 (2002).
[CrossRef]

Song, Q. H.

Q. H. Song, L. Y. Liu, S. M. Xiao, X. C. Zhou, W. C. Wang, and L. Xu, Phys. Rev. Lett. 96, 033902 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
[CrossRef]

Q. H. Song, L. Y. Liu, T. Ling, L. Xu, and W. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 82, 2939 (2003).
[CrossRef]

Vardeny, Z. V.

R. C. Polson, A. Chipouline, and Z. V. Vardeny, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 760 (2001).
[CrossRef]

Varderny, Z. V.

R. C. Polson and Z. V. Varderny, Appl. Phys. Lett. 85, 1289 (2004).
[CrossRef]

M. N. Shkunov, Z. V. Varderny, M. C. Delong, R. C. Polson, A. A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Adv. Funct. Mater. 12, 21 (2002).
[CrossRef]

S. V. Frolov, Z. V. Varderny, K. Yoshino, A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Phys. Rev. B 59, R5284 (1999).
[CrossRef]

Vredenberg, A. M.

A. M. Vredenberg, N. E. J. Hunt, E. F. Schubert, D. C. Jacobson, J. M. Poate, and G. J. Zydzik, Phys. Rev. Lett. 71, 517 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Walker, S.

P. A. Hobson, W. L. Barnes, D. G. Lidzey, G. A. Gehring, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, and S. Walker, Appl. Phys. Lett. 81, 3519 (2002).
[CrossRef]

Wang, L.

Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
[CrossRef]

Wang, Q. H.

H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
[CrossRef]

Wang, W. C.

Q. H. Song, L. Y. Liu, S. M. Xiao, X. C. Zhou, W. C. Wang, and L. Xu, Phys. Rev. Lett. 96, 033902 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Q. H. Song, L. Y. Liu, T. Ling, L. Xu, and W. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 82, 2939 (2003).
[CrossRef]

Whittaker, D. M.

P. A. Hobson, W. L. Barnes, D. G. Lidzey, G. A. Gehring, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, and S. Walker, Appl. Phys. Lett. 81, 3519 (2002).
[CrossRef]

Wiersma, D. S.

D. S. Wiersma, Nature 406, 132 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Wu, S. T.

J. Li, G. Sebastian, and S. T. Wu, J. Appl. Phys. 96, 19 (2004).
[CrossRef]

Xiao, S. M.

Q. H. Song, L. Y. Liu, S. M. Xiao, X. C. Zhou, W. C. Wang, and L. Xu, Phys. Rev. Lett. 96, 033902 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
[CrossRef]

Xu, L.

Q. H. Song, L. Y. Liu, S. M. Xiao, X. C. Zhou, W. C. Wang, and L. Xu, Phys. Rev. Lett. 96, 033902 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
[CrossRef]

Q. H. Song, L. Y. Liu, T. Ling, L. Xu, and W. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 82, 2939 (2003).
[CrossRef]

Yamamoto, Y.

G. Bjork, H. Heimann, and Y. Yamamoto, Phys. Rev. A 47, 4451 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Yoshino, K.

S. V. Frolov, Z. V. Varderny, K. Yoshino, A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Phys. Rev. B 59, R5284 (1999).
[CrossRef]

Zakhidov, A.

S. V. Frolov, Z. V. Varderny, K. Yoshino, A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Phys. Rev. B 59, R5284 (1999).
[CrossRef]

Zakhidov, A. A.

M. N. Shkunov, Z. V. Varderny, M. C. Delong, R. C. Polson, A. A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Adv. Funct. Mater. 12, 21 (2002).
[CrossRef]

Zhao, Y. G.

H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
[CrossRef]

Zhou, X. C.

Q. H. Song, L. Y. Liu, S. M. Xiao, X. C. Zhou, W. C. Wang, and L. Xu, Phys. Rev. Lett. 96, 033902 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
[CrossRef]

Zydzik, G. J.

A. M. Vredenberg, N. E. J. Hunt, E. F. Schubert, D. C. Jacobson, J. M. Poate, and G. J. Zydzik, Phys. Rev. Lett. 71, 517 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Adv. Funct. Mater. (1)

M. N. Shkunov, Z. V. Varderny, M. C. Delong, R. C. Polson, A. A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Adv. Funct. Mater. 12, 21 (2002).
[CrossRef]

Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) (1)

R. C. Polson, A. Chipouline, and Z. V. Vardeny, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 760 (2001).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (3)

R. C. Polson and Z. V. Varderny, Appl. Phys. Lett. 85, 1289 (2004).
[CrossRef]

Q. H. Song, L. Y. Liu, T. Ling, L. Xu, and W. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 82, 2939 (2003).
[CrossRef]

P. A. Hobson, W. L. Barnes, D. G. Lidzey, G. A. Gehring, D. M. Whittaker, M. S. Skolnick, and S. Walker, Appl. Phys. Lett. 81, 3519 (2002).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

J. Li, G. Sebastian, and S. T. Wu, J. Appl. Phys. 96, 19 (2004).
[CrossRef]

Nature (2)

N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, A. S. L. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).
[CrossRef]

D. S. Wiersma, Nature 406, 132 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Phys. Rev. A (1)

G. Bjork, H. Heimann, and Y. Yamamoto, Phys. Rev. A 47, 4451 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Phys. Rev. B (2)

Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
[CrossRef]

S. V. Frolov, Z. V. Varderny, K. Yoshino, A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Phys. Rev. B 59, R5284 (1999).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (5)

H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
[CrossRef]

V. M. Apalkov, M. E. Raith, and B. Shapiro, Phys. Rev. Lett. 89, 016802 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

A. M. Vredenberg, N. E. J. Hunt, E. F. Schubert, D. C. Jacobson, J. M. Poate, and G. J. Zydzik, Phys. Rev. Lett. 71, 517 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Q. H. Song, L. Y. Liu, S. M. Xiao, X. C. Zhou, W. C. Wang, and L. Xu, Phys. Rev. Lett. 96, 033902 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

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

Reflection spectrum of a planar random microcavity. Two defect modes at 598 and 624 nm can be observed. Inset, schematic configuration of the planar random microcavity.

Fig. 2
Fig. 2

Emission spectra of the planar random microcavity laser: i, pump size 100 μ m ; ii, pump size 30 μ m .

Fig. 3
Fig. 3

(a) Emission intensity of the optical pumped planar random microcavity laser versus pump intensity; a threshold at 4.1 μ J cm 2 can be seen. Inset a, near-field image of the sample below pump threshold. Inset b, near-field image of the sample above pump threshold. Inset c, far-field image of the emitted laser (recorded 11 cm away from the microcavity).

Fig. 4
Fig. 4

(a) High-resolution planar random microcavity laser spectra at different temperatures. The spectra were shifted along the vertical axis for a clear view. (b) Relations between resonant wavelength and temperature. Filled squares, λ o experiment; filled circles, λ e experiment; open squares, λ o calculated; open circles, λ e calculated. A sudden change of resonance wavelength can be seen above the clearing-point temperature.

Equations (2)

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

n o ( T ) 1.7476 5.79 × 10 3 T 0.1168 ( 1 T T c ) 0.1885 ,
n e ( T ) 1.7476 5.79 × 10 3 T + 2336 ( 1 T T c ) 0.1885 ,

Metrics