Abstract

We present theoretical and experimental results of a polarization splitter device that consists of a photonic crystal (PhC) slab, which exhibits a large reflection coefficient for TE and a high transmission coefficient for TM polarization. The slab is embedded in a PhC tile operating in the self-collimation mode. Embedding the polarization-discriminating slab in a PhC with identical lattice symmetry suppresses the in-plane diffraction losses at the PhC–non-PhC interface. The optimization of the PhC–non-PhC interface is thereby decoupled from the optimization of the polarizing function. Transmissions as high as 35% for TM- and 30% for TE-polarized light are reported.

© 2007 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. T. Liu, A. R. Zakharian, M. Fallahi, J. V. Moloney, and M. Mansuripur, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 1435 (2005).
    [CrossRef]
  2. Y. Kalra and R. K. Sinha, Opt. Quantum Electron. 37, 889 (2005).
    [CrossRef]
  3. L. J. Wu, M. Mazilu, J. F. Gallet, and T. F. Krauss, Appl. Phys. Lett. 86, 211106 (2005).
    [CrossRef]
  4. X. Y. Ao and S. L. He, Opt. Lett. 30, 2152 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. Z. H. Lu, Y. F. Tang, Y. F. Shen, X. H. Liu, and J. Zi, Phys. Lett. A 346, 243 (2005).
    [CrossRef]
  6. V. Mocella, P. Dardano, L. Moretti, and I. Rendina, Opt. Express 13, 7699 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. S. Y. Kim, G. P. Nordin, J. B. Cai, and J. H. Jiang, Opt. Lett. 28, 2384 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. D. M. Pustai, S. Y. Shi, C. H. Chen, A. Sharkawy, and D. W. Prather, Opt. Express 12, 1823 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. H. Kosaka, T. Kawashima, A. Tomita, M. Notomi, T. Tamamura, T. Sato, and S. Kawakami, Appl. Phys. Lett. 74, 1212 (1999).
    [CrossRef]
  10. P. T. Rakich, M. S. Dahlem, S. Tandon, M. Ibanescu, M. Soljacic, G. S. Petrich, J. D. Joannopoulos, L. A. Kolodziejski, and E. P. Ippen, Nat. Mater. 5, 93 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. B. Lombardet, L. A. Dunbar, R. Ferrini, R. Houdré, and F. Robin, J. Appl. Phys. 99, 096108 (2006).
    [CrossRef]
  12. R. Ferrini, A. Berrier, L. A. Dunbar, R. Houdré, M. Mulot, S. Anand, S. de Rossi, and A. Talneau, Appl. Phys. Lett. 85, 3998 (2004).
    [CrossRef]
  13. M. V. Kotlyar, L. O'Faolain, R. Wilson, and T. F. Krauss, J. Vac. Sci. Technol. B 22, 1788 (2004).
    [CrossRef]

2006

P. T. Rakich, M. S. Dahlem, S. Tandon, M. Ibanescu, M. Soljacic, G. S. Petrich, J. D. Joannopoulos, L. A. Kolodziejski, and E. P. Ippen, Nat. Mater. 5, 93 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

B. Lombardet, L. A. Dunbar, R. Ferrini, R. Houdré, and F. Robin, J. Appl. Phys. 99, 096108 (2006).
[CrossRef]

2005

T. Liu, A. R. Zakharian, M. Fallahi, J. V. Moloney, and M. Mansuripur, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 1435 (2005).
[CrossRef]

Y. Kalra and R. K. Sinha, Opt. Quantum Electron. 37, 889 (2005).
[CrossRef]

L. J. Wu, M. Mazilu, J. F. Gallet, and T. F. Krauss, Appl. Phys. Lett. 86, 211106 (2005).
[CrossRef]

Z. H. Lu, Y. F. Tang, Y. F. Shen, X. H. Liu, and J. Zi, Phys. Lett. A 346, 243 (2005).
[CrossRef]

X. Y. Ao and S. L. He, Opt. Lett. 30, 2152 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

V. Mocella, P. Dardano, L. Moretti, and I. Rendina, Opt. Express 13, 7699 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

2004

D. M. Pustai, S. Y. Shi, C. H. Chen, A. Sharkawy, and D. W. Prather, Opt. Express 12, 1823 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

R. Ferrini, A. Berrier, L. A. Dunbar, R. Houdré, M. Mulot, S. Anand, S. de Rossi, and A. Talneau, Appl. Phys. Lett. 85, 3998 (2004).
[CrossRef]

M. V. Kotlyar, L. O'Faolain, R. Wilson, and T. F. Krauss, J. Vac. Sci. Technol. B 22, 1788 (2004).
[CrossRef]

2003

1999

H. Kosaka, T. Kawashima, A. Tomita, M. Notomi, T. Tamamura, T. Sato, and S. Kawakami, Appl. Phys. Lett. 74, 1212 (1999).
[CrossRef]

Anand, S.

R. Ferrini, A. Berrier, L. A. Dunbar, R. Houdré, M. Mulot, S. Anand, S. de Rossi, and A. Talneau, Appl. Phys. Lett. 85, 3998 (2004).
[CrossRef]

Ao, X. Y.

Berrier, A.

R. Ferrini, A. Berrier, L. A. Dunbar, R. Houdré, M. Mulot, S. Anand, S. de Rossi, and A. Talneau, Appl. Phys. Lett. 85, 3998 (2004).
[CrossRef]

Cai, J. B.

Chen, C. H.

Dahlem, M. S.

P. T. Rakich, M. S. Dahlem, S. Tandon, M. Ibanescu, M. Soljacic, G. S. Petrich, J. D. Joannopoulos, L. A. Kolodziejski, and E. P. Ippen, Nat. Mater. 5, 93 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Dardano, P.

de Rossi, S.

R. Ferrini, A. Berrier, L. A. Dunbar, R. Houdré, M. Mulot, S. Anand, S. de Rossi, and A. Talneau, Appl. Phys. Lett. 85, 3998 (2004).
[CrossRef]

Dunbar, L. A.

B. Lombardet, L. A. Dunbar, R. Ferrini, R. Houdré, and F. Robin, J. Appl. Phys. 99, 096108 (2006).
[CrossRef]

R. Ferrini, A. Berrier, L. A. Dunbar, R. Houdré, M. Mulot, S. Anand, S. de Rossi, and A. Talneau, Appl. Phys. Lett. 85, 3998 (2004).
[CrossRef]

Fallahi, M.

T. Liu, A. R. Zakharian, M. Fallahi, J. V. Moloney, and M. Mansuripur, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 1435 (2005).
[CrossRef]

Ferrini, R.

B. Lombardet, L. A. Dunbar, R. Ferrini, R. Houdré, and F. Robin, J. Appl. Phys. 99, 096108 (2006).
[CrossRef]

R. Ferrini, A. Berrier, L. A. Dunbar, R. Houdré, M. Mulot, S. Anand, S. de Rossi, and A. Talneau, Appl. Phys. Lett. 85, 3998 (2004).
[CrossRef]

Gallet, J. F.

L. J. Wu, M. Mazilu, J. F. Gallet, and T. F. Krauss, Appl. Phys. Lett. 86, 211106 (2005).
[CrossRef]

He, S. L.

Houdré, R.

B. Lombardet, L. A. Dunbar, R. Ferrini, R. Houdré, and F. Robin, J. Appl. Phys. 99, 096108 (2006).
[CrossRef]

R. Ferrini, A. Berrier, L. A. Dunbar, R. Houdré, M. Mulot, S. Anand, S. de Rossi, and A. Talneau, Appl. Phys. Lett. 85, 3998 (2004).
[CrossRef]

Ibanescu, M.

P. T. Rakich, M. S. Dahlem, S. Tandon, M. Ibanescu, M. Soljacic, G. S. Petrich, J. D. Joannopoulos, L. A. Kolodziejski, and E. P. Ippen, Nat. Mater. 5, 93 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Ippen, E. P.

P. T. Rakich, M. S. Dahlem, S. Tandon, M. Ibanescu, M. Soljacic, G. S. Petrich, J. D. Joannopoulos, L. A. Kolodziejski, and E. P. Ippen, Nat. Mater. 5, 93 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Jiang, J. H.

Joannopoulos, J. D.

P. T. Rakich, M. S. Dahlem, S. Tandon, M. Ibanescu, M. Soljacic, G. S. Petrich, J. D. Joannopoulos, L. A. Kolodziejski, and E. P. Ippen, Nat. Mater. 5, 93 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Kalra, Y.

Y. Kalra and R. K. Sinha, Opt. Quantum Electron. 37, 889 (2005).
[CrossRef]

Kawakami, S.

H. Kosaka, T. Kawashima, A. Tomita, M. Notomi, T. Tamamura, T. Sato, and S. Kawakami, Appl. Phys. Lett. 74, 1212 (1999).
[CrossRef]

Kawashima, T.

H. Kosaka, T. Kawashima, A. Tomita, M. Notomi, T. Tamamura, T. Sato, and S. Kawakami, Appl. Phys. Lett. 74, 1212 (1999).
[CrossRef]

Kim, S. Y.

Kolodziejski, L. A.

P. T. Rakich, M. S. Dahlem, S. Tandon, M. Ibanescu, M. Soljacic, G. S. Petrich, J. D. Joannopoulos, L. A. Kolodziejski, and E. P. Ippen, Nat. Mater. 5, 93 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Kosaka, H.

H. Kosaka, T. Kawashima, A. Tomita, M. Notomi, T. Tamamura, T. Sato, and S. Kawakami, Appl. Phys. Lett. 74, 1212 (1999).
[CrossRef]

Kotlyar, M. V.

M. V. Kotlyar, L. O'Faolain, R. Wilson, and T. F. Krauss, J. Vac. Sci. Technol. B 22, 1788 (2004).
[CrossRef]

Krauss, T. F.

L. J. Wu, M. Mazilu, J. F. Gallet, and T. F. Krauss, Appl. Phys. Lett. 86, 211106 (2005).
[CrossRef]

M. V. Kotlyar, L. O'Faolain, R. Wilson, and T. F. Krauss, J. Vac. Sci. Technol. B 22, 1788 (2004).
[CrossRef]

Liu, T.

T. Liu, A. R. Zakharian, M. Fallahi, J. V. Moloney, and M. Mansuripur, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 1435 (2005).
[CrossRef]

Liu, X. H.

Z. H. Lu, Y. F. Tang, Y. F. Shen, X. H. Liu, and J. Zi, Phys. Lett. A 346, 243 (2005).
[CrossRef]

Lombardet, B.

B. Lombardet, L. A. Dunbar, R. Ferrini, R. Houdré, and F. Robin, J. Appl. Phys. 99, 096108 (2006).
[CrossRef]

Lu, Z. H.

Z. H. Lu, Y. F. Tang, Y. F. Shen, X. H. Liu, and J. Zi, Phys. Lett. A 346, 243 (2005).
[CrossRef]

Mansuripur, M.

T. Liu, A. R. Zakharian, M. Fallahi, J. V. Moloney, and M. Mansuripur, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 1435 (2005).
[CrossRef]

Mazilu, M.

L. J. Wu, M. Mazilu, J. F. Gallet, and T. F. Krauss, Appl. Phys. Lett. 86, 211106 (2005).
[CrossRef]

Mocella, V.

Moloney, J. V.

T. Liu, A. R. Zakharian, M. Fallahi, J. V. Moloney, and M. Mansuripur, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 1435 (2005).
[CrossRef]

Moretti, L.

Mulot, M.

R. Ferrini, A. Berrier, L. A. Dunbar, R. Houdré, M. Mulot, S. Anand, S. de Rossi, and A. Talneau, Appl. Phys. Lett. 85, 3998 (2004).
[CrossRef]

Nordin, G. P.

Notomi, M.

H. Kosaka, T. Kawashima, A. Tomita, M. Notomi, T. Tamamura, T. Sato, and S. Kawakami, Appl. Phys. Lett. 74, 1212 (1999).
[CrossRef]

O'Faolain, L.

M. V. Kotlyar, L. O'Faolain, R. Wilson, and T. F. Krauss, J. Vac. Sci. Technol. B 22, 1788 (2004).
[CrossRef]

Petrich, G. S.

P. T. Rakich, M. S. Dahlem, S. Tandon, M. Ibanescu, M. Soljacic, G. S. Petrich, J. D. Joannopoulos, L. A. Kolodziejski, and E. P. Ippen, Nat. Mater. 5, 93 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Prather, D. W.

Pustai, D. M.

Rakich, P. T.

P. T. Rakich, M. S. Dahlem, S. Tandon, M. Ibanescu, M. Soljacic, G. S. Petrich, J. D. Joannopoulos, L. A. Kolodziejski, and E. P. Ippen, Nat. Mater. 5, 93 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Rendina, I.

Robin, F.

B. Lombardet, L. A. Dunbar, R. Ferrini, R. Houdré, and F. Robin, J. Appl. Phys. 99, 096108 (2006).
[CrossRef]

Sato, T.

H. Kosaka, T. Kawashima, A. Tomita, M. Notomi, T. Tamamura, T. Sato, and S. Kawakami, Appl. Phys. Lett. 74, 1212 (1999).
[CrossRef]

Sharkawy, A.

Shen, Y. F.

Z. H. Lu, Y. F. Tang, Y. F. Shen, X. H. Liu, and J. Zi, Phys. Lett. A 346, 243 (2005).
[CrossRef]

Shi, S. Y.

Sinha, R. K.

Y. Kalra and R. K. Sinha, Opt. Quantum Electron. 37, 889 (2005).
[CrossRef]

Soljacic, M.

P. T. Rakich, M. S. Dahlem, S. Tandon, M. Ibanescu, M. Soljacic, G. S. Petrich, J. D. Joannopoulos, L. A. Kolodziejski, and E. P. Ippen, Nat. Mater. 5, 93 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Talneau, A.

R. Ferrini, A. Berrier, L. A. Dunbar, R. Houdré, M. Mulot, S. Anand, S. de Rossi, and A. Talneau, Appl. Phys. Lett. 85, 3998 (2004).
[CrossRef]

Tamamura, T.

H. Kosaka, T. Kawashima, A. Tomita, M. Notomi, T. Tamamura, T. Sato, and S. Kawakami, Appl. Phys. Lett. 74, 1212 (1999).
[CrossRef]

Tandon, S.

P. T. Rakich, M. S. Dahlem, S. Tandon, M. Ibanescu, M. Soljacic, G. S. Petrich, J. D. Joannopoulos, L. A. Kolodziejski, and E. P. Ippen, Nat. Mater. 5, 93 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Tang, Y. F.

Z. H. Lu, Y. F. Tang, Y. F. Shen, X. H. Liu, and J. Zi, Phys. Lett. A 346, 243 (2005).
[CrossRef]

Tomita, A.

H. Kosaka, T. Kawashima, A. Tomita, M. Notomi, T. Tamamura, T. Sato, and S. Kawakami, Appl. Phys. Lett. 74, 1212 (1999).
[CrossRef]

Wilson, R.

M. V. Kotlyar, L. O'Faolain, R. Wilson, and T. F. Krauss, J. Vac. Sci. Technol. B 22, 1788 (2004).
[CrossRef]

Wu, L. J.

L. J. Wu, M. Mazilu, J. F. Gallet, and T. F. Krauss, Appl. Phys. Lett. 86, 211106 (2005).
[CrossRef]

Zakharian, A. R.

T. Liu, A. R. Zakharian, M. Fallahi, J. V. Moloney, and M. Mansuripur, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 1435 (2005).
[CrossRef]

Zi, J.

Z. H. Lu, Y. F. Tang, Y. F. Shen, X. H. Liu, and J. Zi, Phys. Lett. A 346, 243 (2005).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

L. J. Wu, M. Mazilu, J. F. Gallet, and T. F. Krauss, Appl. Phys. Lett. 86, 211106 (2005).
[CrossRef]

H. Kosaka, T. Kawashima, A. Tomita, M. Notomi, T. Tamamura, T. Sato, and S. Kawakami, Appl. Phys. Lett. 74, 1212 (1999).
[CrossRef]

R. Ferrini, A. Berrier, L. A. Dunbar, R. Houdré, M. Mulot, S. Anand, S. de Rossi, and A. Talneau, Appl. Phys. Lett. 85, 3998 (2004).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett.

T. Liu, A. R. Zakharian, M. Fallahi, J. V. Moloney, and M. Mansuripur, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 1435 (2005).
[CrossRef]

J. Appl. Phys.

B. Lombardet, L. A. Dunbar, R. Ferrini, R. Houdré, and F. Robin, J. Appl. Phys. 99, 096108 (2006).
[CrossRef]

J. Vac. Sci. Technol. B

M. V. Kotlyar, L. O'Faolain, R. Wilson, and T. F. Krauss, J. Vac. Sci. Technol. B 22, 1788 (2004).
[CrossRef]

Nat. Mater.

P. T. Rakich, M. S. Dahlem, S. Tandon, M. Ibanescu, M. Soljacic, G. S. Petrich, J. D. Joannopoulos, L. A. Kolodziejski, and E. P. Ippen, Nat. Mater. 5, 93 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Express

Opt. Lett.

Opt. Quantum Electron.

Y. Kalra and R. K. Sinha, Opt. Quantum Electron. 37, 889 (2005).
[CrossRef]

Phys. Lett. A

Z. H. Lu, Y. F. Tang, Y. F. Shen, X. H. Liu, and J. Zi, Phys. Lett. A 346, 243 (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

Gap map of a square lattice of air holes in dielectric with an effective index n eff = 3.25 . The shaded areas indicate the bandgap energies. The black (gray) curve shows the self-collimating frequency for TM (TE) polarization. A pair of operating points are indicated (A and B). The shaded segment indicates a 5% operating range, corresponding to coarse WDM operation.

Fig. 2
Fig. 2

2D FDTD modeling of (a1) TE and (a2) TM field patterns for the optimized self-collimating polarization splitter structure, showing transmission for TM light and high reflection for TE light. (b1), (b2) Top view from a high-numerical-aperture microscope image of the polarization splitter with TE and TM input polarization states; (b1) TE-polarized beam is reflected; (b2) TM-polarized field propagates through the splitter. λ = 1.55 μ m .

Fig. 3
Fig. 3

Solid curve, 2D FDTD modeling of the (top) TE and (bottom) TM output spectrum of the optimized structure ( f sf = 30 % and f pol = 50 % ); dashed curve, cross-talk TE (TM) transmission in the TM (TE) channel.

Fig. 4
Fig. 4

Output spectrum of the polarization splitter (lattice constant= 450 nm ) in single (top) and dual (bottom) versions, TM (TE) channel left (right). TM, black; TE, gray. TE output is normalized to one device. Insets, microscope images of the single-block and dual-block version with or without an intermediate ridge waveguide.

Metrics