Abstract

We introduce a photonic crystal hetero-slab-edge microcavity design with surface mode, which is beneficial for optical index sensing. The simulated index sensitivity (Rn) as high as 675nm per refractive index unit (nm/RIU) variation is obtained with slab thickness of 180nm. In experiments, single surface mode lasing action from a real device is observed. Based on the surface mode in this microcavity, high experimental Rn value of 625nm/RIU is achieved by detecting index variation in a CO2 chamber with different gas pressures.

© 2010 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. C. Monat, P. Domachuk, and B. J. Eggleton, Nat. Photonics 1, 106 (2007).
    [CrossRef]
  2. X. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. J. Homola, S. S. Yee, and G. Gauglitz, Sens. Actuators B 54, 3 (1999).
    [CrossRef]
  4. L. Rindorf, J. B. Jensen, M. Dufva, L. H. Pedersen, P. E. Høiby, and O. Bang, Opt. Express 14, 8224 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. M. Sumetsky, R. S. Windeler, Y. Dulashko, and X. Fan, Opt. Express 15, 14376 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. A. M. Armani, R. P. Kulkarni, S. E. Fraser, R. C. Flagan, and K. J. Vahala, Science 317, 783 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. A. M. Armani and K. J. Vahala, Opt. Lett. 31, 1896 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. M. R. Lee and P. M. Fauchet, Opt. Express 15, 4530 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. S. Kita, K. Nozaki, and T. Baba, Opt. Express 16, 8174 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. D. F. Dorfner, T. Hürlimann, T. Zabel, L. H. Frandsen, G. Abstreiter, and J. J. Finley, Appl. Phys. Lett. 93, 181103 (2008).
    [CrossRef]
  11. T. Sünner, T. Stichel, S. H. Kwon, T. W. Schlereth, S. Höfling, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 92, 261112 (2008).
    [CrossRef]
  12. S. H. Kwon, T. Sünner, M. Kamp, and A. Forchel, Opt. Express 16, 11709 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. A. Di Falco, L. O’Faolain, and T. F. Krauss, Appl. Phys. Lett. 94, 063503 (2009).
    [CrossRef]
  14. T. W. Lu, Y. H. Hsiao, W. D. Ho, and P. T. Lee, Appl. Phys. Lett. 94, 141110 (2009).
    [CrossRef]
  15. J. K. Yang, S. H. Kim, G. H. Kim, H. G. Park, Y. H. Lee, and S. B. Kim, Appl. Phys. Lett. 84, 3016 (2004).
    [CrossRef]
  16. P. T. Lee, J. R. Cao, S. J. Choi, Z. J. Wei, J. D. O’Brien, and P. D. Dapkus, Appl. Phys. Lett. 81, 3311 (2002).
    [CrossRef]

2009 (2)

A. Di Falco, L. O’Faolain, and T. F. Krauss, Appl. Phys. Lett. 94, 063503 (2009).
[CrossRef]

T. W. Lu, Y. H. Hsiao, W. D. Ho, and P. T. Lee, Appl. Phys. Lett. 94, 141110 (2009).
[CrossRef]

2008 (5)

X. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

S. Kita, K. Nozaki, and T. Baba, Opt. Express 16, 8174 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

D. F. Dorfner, T. Hürlimann, T. Zabel, L. H. Frandsen, G. Abstreiter, and J. J. Finley, Appl. Phys. Lett. 93, 181103 (2008).
[CrossRef]

T. Sünner, T. Stichel, S. H. Kwon, T. W. Schlereth, S. Höfling, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 92, 261112 (2008).
[CrossRef]

S. H. Kwon, T. Sünner, M. Kamp, and A. Forchel, Opt. Express 16, 11709 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

2007 (4)

C. Monat, P. Domachuk, and B. J. Eggleton, Nat. Photonics 1, 106 (2007).
[CrossRef]

M. Sumetsky, R. S. Windeler, Y. Dulashko, and X. Fan, Opt. Express 15, 14376 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

A. M. Armani, R. P. Kulkarni, S. E. Fraser, R. C. Flagan, and K. J. Vahala, Science 317, 783 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

M. R. Lee and P. M. Fauchet, Opt. Express 15, 4530 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

2006 (2)

2004 (1)

J. K. Yang, S. H. Kim, G. H. Kim, H. G. Park, Y. H. Lee, and S. B. Kim, Appl. Phys. Lett. 84, 3016 (2004).
[CrossRef]

2002 (1)

P. T. Lee, J. R. Cao, S. J. Choi, Z. J. Wei, J. D. O’Brien, and P. D. Dapkus, Appl. Phys. Lett. 81, 3311 (2002).
[CrossRef]

1999 (1)

J. Homola, S. S. Yee, and G. Gauglitz, Sens. Actuators B 54, 3 (1999).
[CrossRef]

Abstreiter, G.

D. F. Dorfner, T. Hürlimann, T. Zabel, L. H. Frandsen, G. Abstreiter, and J. J. Finley, Appl. Phys. Lett. 93, 181103 (2008).
[CrossRef]

Armani, A. M.

A. M. Armani, R. P. Kulkarni, S. E. Fraser, R. C. Flagan, and K. J. Vahala, Science 317, 783 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

A. M. Armani and K. J. Vahala, Opt. Lett. 31, 1896 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Baba, T.

Bang, O.

Cao, J. R.

P. T. Lee, J. R. Cao, S. J. Choi, Z. J. Wei, J. D. O’Brien, and P. D. Dapkus, Appl. Phys. Lett. 81, 3311 (2002).
[CrossRef]

Choi, S. J.

P. T. Lee, J. R. Cao, S. J. Choi, Z. J. Wei, J. D. O’Brien, and P. D. Dapkus, Appl. Phys. Lett. 81, 3311 (2002).
[CrossRef]

Dapkus, P. D.

P. T. Lee, J. R. Cao, S. J. Choi, Z. J. Wei, J. D. O’Brien, and P. D. Dapkus, Appl. Phys. Lett. 81, 3311 (2002).
[CrossRef]

Di Falco, A.

A. Di Falco, L. O’Faolain, and T. F. Krauss, Appl. Phys. Lett. 94, 063503 (2009).
[CrossRef]

Domachuk, P.

C. Monat, P. Domachuk, and B. J. Eggleton, Nat. Photonics 1, 106 (2007).
[CrossRef]

Dorfner, D. F.

D. F. Dorfner, T. Hürlimann, T. Zabel, L. H. Frandsen, G. Abstreiter, and J. J. Finley, Appl. Phys. Lett. 93, 181103 (2008).
[CrossRef]

Dufva, M.

Dulashko, Y.

Eggleton, B. J.

C. Monat, P. Domachuk, and B. J. Eggleton, Nat. Photonics 1, 106 (2007).
[CrossRef]

Fan, X.

X. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

M. Sumetsky, R. S. Windeler, Y. Dulashko, and X. Fan, Opt. Express 15, 14376 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Fauchet, P. M.

Finley, J. J.

D. F. Dorfner, T. Hürlimann, T. Zabel, L. H. Frandsen, G. Abstreiter, and J. J. Finley, Appl. Phys. Lett. 93, 181103 (2008).
[CrossRef]

Flagan, R. C.

A. M. Armani, R. P. Kulkarni, S. E. Fraser, R. C. Flagan, and K. J. Vahala, Science 317, 783 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Forchel, A.

S. H. Kwon, T. Sünner, M. Kamp, and A. Forchel, Opt. Express 16, 11709 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

T. Sünner, T. Stichel, S. H. Kwon, T. W. Schlereth, S. Höfling, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 92, 261112 (2008).
[CrossRef]

Frandsen, L. H.

D. F. Dorfner, T. Hürlimann, T. Zabel, L. H. Frandsen, G. Abstreiter, and J. J. Finley, Appl. Phys. Lett. 93, 181103 (2008).
[CrossRef]

Fraser, S. E.

A. M. Armani, R. P. Kulkarni, S. E. Fraser, R. C. Flagan, and K. J. Vahala, Science 317, 783 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Gauglitz, G.

J. Homola, S. S. Yee, and G. Gauglitz, Sens. Actuators B 54, 3 (1999).
[CrossRef]

Ho, W. D.

T. W. Lu, Y. H. Hsiao, W. D. Ho, and P. T. Lee, Appl. Phys. Lett. 94, 141110 (2009).
[CrossRef]

Höfling, S.

T. Sünner, T. Stichel, S. H. Kwon, T. W. Schlereth, S. Höfling, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 92, 261112 (2008).
[CrossRef]

Høiby, P. E.

Homola, J.

J. Homola, S. S. Yee, and G. Gauglitz, Sens. Actuators B 54, 3 (1999).
[CrossRef]

Hsiao, Y. H.

T. W. Lu, Y. H. Hsiao, W. D. Ho, and P. T. Lee, Appl. Phys. Lett. 94, 141110 (2009).
[CrossRef]

Hürlimann, T.

D. F. Dorfner, T. Hürlimann, T. Zabel, L. H. Frandsen, G. Abstreiter, and J. J. Finley, Appl. Phys. Lett. 93, 181103 (2008).
[CrossRef]

Jensen, J. B.

Kamp, M.

S. H. Kwon, T. Sünner, M. Kamp, and A. Forchel, Opt. Express 16, 11709 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

T. Sünner, T. Stichel, S. H. Kwon, T. W. Schlereth, S. Höfling, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 92, 261112 (2008).
[CrossRef]

Kim, G. H.

J. K. Yang, S. H. Kim, G. H. Kim, H. G. Park, Y. H. Lee, and S. B. Kim, Appl. Phys. Lett. 84, 3016 (2004).
[CrossRef]

Kim, S. B.

J. K. Yang, S. H. Kim, G. H. Kim, H. G. Park, Y. H. Lee, and S. B. Kim, Appl. Phys. Lett. 84, 3016 (2004).
[CrossRef]

Kim, S. H.

J. K. Yang, S. H. Kim, G. H. Kim, H. G. Park, Y. H. Lee, and S. B. Kim, Appl. Phys. Lett. 84, 3016 (2004).
[CrossRef]

Kita, S.

Krauss, T. F.

A. Di Falco, L. O’Faolain, and T. F. Krauss, Appl. Phys. Lett. 94, 063503 (2009).
[CrossRef]

Kulkarni, R. P.

A. M. Armani, R. P. Kulkarni, S. E. Fraser, R. C. Flagan, and K. J. Vahala, Science 317, 783 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Kwon, S. H.

S. H. Kwon, T. Sünner, M. Kamp, and A. Forchel, Opt. Express 16, 11709 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

T. Sünner, T. Stichel, S. H. Kwon, T. W. Schlereth, S. Höfling, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 92, 261112 (2008).
[CrossRef]

Lee, M. R.

Lee, P. T.

T. W. Lu, Y. H. Hsiao, W. D. Ho, and P. T. Lee, Appl. Phys. Lett. 94, 141110 (2009).
[CrossRef]

P. T. Lee, J. R. Cao, S. J. Choi, Z. J. Wei, J. D. O’Brien, and P. D. Dapkus, Appl. Phys. Lett. 81, 3311 (2002).
[CrossRef]

Lee, Y. H.

J. K. Yang, S. H. Kim, G. H. Kim, H. G. Park, Y. H. Lee, and S. B. Kim, Appl. Phys. Lett. 84, 3016 (2004).
[CrossRef]

Lu, T. W.

T. W. Lu, Y. H. Hsiao, W. D. Ho, and P. T. Lee, Appl. Phys. Lett. 94, 141110 (2009).
[CrossRef]

Monat, C.

C. Monat, P. Domachuk, and B. J. Eggleton, Nat. Photonics 1, 106 (2007).
[CrossRef]

Nozaki, K.

O’Brien, J. D.

P. T. Lee, J. R. Cao, S. J. Choi, Z. J. Wei, J. D. O’Brien, and P. D. Dapkus, Appl. Phys. Lett. 81, 3311 (2002).
[CrossRef]

O’Faolain, L.

A. Di Falco, L. O’Faolain, and T. F. Krauss, Appl. Phys. Lett. 94, 063503 (2009).
[CrossRef]

Park, H. G.

J. K. Yang, S. H. Kim, G. H. Kim, H. G. Park, Y. H. Lee, and S. B. Kim, Appl. Phys. Lett. 84, 3016 (2004).
[CrossRef]

Pedersen, L. H.

Rindorf, L.

Schlereth, T. W.

T. Sünner, T. Stichel, S. H. Kwon, T. W. Schlereth, S. Höfling, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 92, 261112 (2008).
[CrossRef]

Shopova, S. I.

X. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Stichel, T.

T. Sünner, T. Stichel, S. H. Kwon, T. W. Schlereth, S. Höfling, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 92, 261112 (2008).
[CrossRef]

Sumetsky, M.

Sun, Y.

X. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Sünner, T.

S. H. Kwon, T. Sünner, M. Kamp, and A. Forchel, Opt. Express 16, 11709 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

T. Sünner, T. Stichel, S. H. Kwon, T. W. Schlereth, S. Höfling, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 92, 261112 (2008).
[CrossRef]

Suter, J. D.

X. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Vahala, K. J.

A. M. Armani, R. P. Kulkarni, S. E. Fraser, R. C. Flagan, and K. J. Vahala, Science 317, 783 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

A. M. Armani and K. J. Vahala, Opt. Lett. 31, 1896 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Wei, Z. J.

P. T. Lee, J. R. Cao, S. J. Choi, Z. J. Wei, J. D. O’Brien, and P. D. Dapkus, Appl. Phys. Lett. 81, 3311 (2002).
[CrossRef]

White, I. M.

X. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Windeler, R. S.

Yang, J. K.

J. K. Yang, S. H. Kim, G. H. Kim, H. G. Park, Y. H. Lee, and S. B. Kim, Appl. Phys. Lett. 84, 3016 (2004).
[CrossRef]

Yee, S. S.

J. Homola, S. S. Yee, and G. Gauglitz, Sens. Actuators B 54, 3 (1999).
[CrossRef]

Zabel, T.

D. F. Dorfner, T. Hürlimann, T. Zabel, L. H. Frandsen, G. Abstreiter, and J. J. Finley, Appl. Phys. Lett. 93, 181103 (2008).
[CrossRef]

Zhu, H.

X. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Anal. Chim. Acta (1)

X. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Appl. Phys. Lett. (6)

A. Di Falco, L. O’Faolain, and T. F. Krauss, Appl. Phys. Lett. 94, 063503 (2009).
[CrossRef]

T. W. Lu, Y. H. Hsiao, W. D. Ho, and P. T. Lee, Appl. Phys. Lett. 94, 141110 (2009).
[CrossRef]

J. K. Yang, S. H. Kim, G. H. Kim, H. G. Park, Y. H. Lee, and S. B. Kim, Appl. Phys. Lett. 84, 3016 (2004).
[CrossRef]

P. T. Lee, J. R. Cao, S. J. Choi, Z. J. Wei, J. D. O’Brien, and P. D. Dapkus, Appl. Phys. Lett. 81, 3311 (2002).
[CrossRef]

D. F. Dorfner, T. Hürlimann, T. Zabel, L. H. Frandsen, G. Abstreiter, and J. J. Finley, Appl. Phys. Lett. 93, 181103 (2008).
[CrossRef]

T. Sünner, T. Stichel, S. H. Kwon, T. W. Schlereth, S. Höfling, M. Kamp, and A. Forchel, Appl. Phys. Lett. 92, 261112 (2008).
[CrossRef]

Nat. Photonics (1)

C. Monat, P. Domachuk, and B. J. Eggleton, Nat. Photonics 1, 106 (2007).
[CrossRef]

Opt. Express (5)

Opt. Lett. (1)

Science (1)

A. M. Armani, R. P. Kulkarni, S. E. Fraser, R. C. Flagan, and K. J. Vahala, Science 317, 783 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Sens. Actuators B (1)

J. Homola, S. S. Yee, and G. Gauglitz, Sens. Actuators B 54, 3 (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

(a) Scheme of 2D truncated PhC slab surrounded by air and the definition of slab-edge termination parameter τ. The simulated surface mode in electric field propagating along the slab edge with τ = 0.25 is also shown in the inset. (b) Calculated dispersion curves of surface modes propagating along the PhC slab edges H 1 and H 2 . The dark gray (purple online) shadow represents the mode gap formed by H 1 and H 2 .

Fig. 2
Fig. 2

Scheme of PhC HSE microcavity with cavity ( H 1 ) , gradually varying barrier ( H G ) , and outer barrier ( H 2 ) layers. The r a ratio distribution and the formed mode gap in frequency by these three regions are also illustrated. The r a ratio of H 1 and a of the fabricated microcavity are 0.38 and 540 nm , respectively.

Fig. 3
Fig. 3

Typical (a) single-mode lasing spectrum, polarization, and (b) L - L curve of surface mode measured from PhC HSE microcavity laser.

Fig. 4
Fig. 4

(a) Measured (open circles) and simulated (solid line with solid circles) wavelength shifts of surface mode under different C O 2 gas pressures and the corresponding index variations. (b) Surface mode lasing spectra under pressures of 1.00 × 10 4 and 1.15 × 10 5 Pa . The pump power is fixed at 1.5 mW .

Tables (1)

Tables Icon

Table 1 FDTD Simulated R n , Mode Volume, and Q Factor of PhC HSE Microcavities with Different Slab Thicknesses

Metrics