Abstract

We demonstrate four-wave mixing in silicon-on-insulator coupled-resonator optical waveguides consisting of 35 and 65 microring resonators, using a cw pump with coupled power below 20mW and observed parametric conversion across more than 10THz. The conversion efficiency is enhanced by +16dB relative to a silicon straight waveguide of equivalent length, due to the slowing factor of the coupled-resonator structure.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. A. Foster, A. C. Turner, J. E. Sharping, B. S. Schmidt, M. Lipson, and A. L. Gaeta, Nature 441, 960 (2006).
    [Crossref] [PubMed]
  2. H. Fukuda, K. Yamada, T. Shoji, M. Takahashi, T. Tsuchizawa, T. Watanabe, J. Takahashi, and S. Itabashi, Opt. Express 13, 4629 (2005).
    [Crossref] [PubMed]
  3. P. P. Absil, J. V. Hryniewicz, B. E. Little, P. S. Cho, R. A. Wilson, L. G. Joneckis, and P. T. Ho, Opt. Lett. 25, 554(2000).
    [Crossref]
  4. A. C. Turner, M. A. Foster, A. L. Gaeta, and M. Lipson, Opt. Express 16, 4881 (2008).
    [Crossref] [PubMed]
  5. M. Ferrera, D. Duchesne, L. Razzari, M. Peccianti, R. Morandotti, P. Cheben, S. Janz, D. Xu, B. E. Little, S. Chu, and D. J. Moss, Opt. Express 17, 14098 (2009).
    [Crossref] [PubMed]
  6. J. F. McMillan, M. Yu, D. Kwong, and C. W. Wong, Opt. Express 18, 15484 (2010).
    [Crossref] [PubMed]
  7. J. Li, L. O. Faolain, I. H. Rey, and T. F. Krauss, Opt. Express 19, 4458 (2011).
    [Crossref] [PubMed]
  8. C. Monat, M. Ebnali-Heidari, C. Grillet, B. Corcoran, B. J. Eggleton, T. P. White, L. O’Faolain, J. Li, and T. F. Krauss, Opt. Express 18, 22915 (2010).
    [Crossref] [PubMed]
  9. A. Melloni, F. Morichetti, and M. Martinelli, J. Opt. Soc. Am. B 25, C87 (2008).
    [Crossref]
  10. C Monat, C. M. De Sterke, and B. J. Eggleton, J. Opt. 12, 104003 (2010).
    [Crossref]
  11. F. Morichetti, A. Canciamilla, C. Ferrari, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, Nat. Commun. 2, 296 (2011).
    [Crossref] [PubMed]
  12. M. L. Cooper, G. Gupta, M. A. Schneider, W. M. J. Green, S. Assefa, F. Xia, Y. A. Vlasov, and S. Mookherjea, Opt. Express 18, 26505 (2010).
    [Crossref] [PubMed]
  13. M. L. Cooper, G. Gupta, M. A. Schneider, W. M. J. Green, S. Assefa, F. Xia, D. K. Gifford, and S. Mookherjea, Opt. Lett. 35, 3030 (2010).
    [Crossref] [PubMed]
  14. L. Jia, M. Geng, L. Zhang, L. Yang, P. Chen, Y. Liu, Q. Fang, and M. Yu, Opt. Lett. 34, 3502 (2009).
    [Crossref] [PubMed]
  15. K. O. Hill, D. C. Johnson, B. S. Kawasaki, and R. I. MacDonald, J. Appl. Phys. 49, 5098 (1978).
    [Crossref]
  16. G. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, 4th ed. (Academic, 2006).
  17. J. E. Heebner, R. W. Boyd, and Q. H. Park, Phys. Rev. E 65, 036619 (2002).
    [Crossref]
  18. S. A. Schulz, L. O’Faolain, D. M. Beggs, T. P. White, A. Melloni, and T. F. Krauss, J. Opt. 12, 104004 (2010).
    [Crossref]
  19. A. Canciamilla, M. Torregiani, C. Ferrari, F. Morichetti, R. M. De La Rue, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, J. Opt. 12, 104008 (2010).
    [Crossref]

2011 (2)

J. Li, L. O. Faolain, I. H. Rey, and T. F. Krauss, Opt. Express 19, 4458 (2011).
[Crossref] [PubMed]

F. Morichetti, A. Canciamilla, C. Ferrari, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, Nat. Commun. 2, 296 (2011).
[Crossref] [PubMed]

2010 (7)

2009 (2)

2008 (2)

2006 (1)

M. A. Foster, A. C. Turner, J. E. Sharping, B. S. Schmidt, M. Lipson, and A. L. Gaeta, Nature 441, 960 (2006).
[Crossref] [PubMed]

2005 (1)

2002 (1)

J. E. Heebner, R. W. Boyd, and Q. H. Park, Phys. Rev. E 65, 036619 (2002).
[Crossref]

2000 (1)

1978 (1)

K. O. Hill, D. C. Johnson, B. S. Kawasaki, and R. I. MacDonald, J. Appl. Phys. 49, 5098 (1978).
[Crossref]

Absil, P. P.

Agrawal, G.

G. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, 4th ed. (Academic, 2006).

Assefa, S.

Beggs, D. M.

S. A. Schulz, L. O’Faolain, D. M. Beggs, T. P. White, A. Melloni, and T. F. Krauss, J. Opt. 12, 104004 (2010).
[Crossref]

Boyd, R. W.

J. E. Heebner, R. W. Boyd, and Q. H. Park, Phys. Rev. E 65, 036619 (2002).
[Crossref]

Canciamilla, A.

F. Morichetti, A. Canciamilla, C. Ferrari, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, Nat. Commun. 2, 296 (2011).
[Crossref] [PubMed]

A. Canciamilla, M. Torregiani, C. Ferrari, F. Morichetti, R. M. De La Rue, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, J. Opt. 12, 104008 (2010).
[Crossref]

Cheben, P.

Chen, P.

Cho, P. S.

Chu, S.

Cooper, M. L.

Corcoran, B.

De La Rue, R. M.

A. Canciamilla, M. Torregiani, C. Ferrari, F. Morichetti, R. M. De La Rue, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, J. Opt. 12, 104008 (2010).
[Crossref]

De Sterke, C. M.

C Monat, C. M. De Sterke, and B. J. Eggleton, J. Opt. 12, 104003 (2010).
[Crossref]

Duchesne, D.

Ebnali-Heidari, M.

Eggleton, B. J.

Fang, Q.

Faolain, L. O.

Ferrari, C.

F. Morichetti, A. Canciamilla, C. Ferrari, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, Nat. Commun. 2, 296 (2011).
[Crossref] [PubMed]

A. Canciamilla, M. Torregiani, C. Ferrari, F. Morichetti, R. M. De La Rue, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, J. Opt. 12, 104008 (2010).
[Crossref]

Ferrera, M.

Foster, M. A.

A. C. Turner, M. A. Foster, A. L. Gaeta, and M. Lipson, Opt. Express 16, 4881 (2008).
[Crossref] [PubMed]

M. A. Foster, A. C. Turner, J. E. Sharping, B. S. Schmidt, M. Lipson, and A. L. Gaeta, Nature 441, 960 (2006).
[Crossref] [PubMed]

Fukuda, H.

Gaeta, A. L.

A. C. Turner, M. A. Foster, A. L. Gaeta, and M. Lipson, Opt. Express 16, 4881 (2008).
[Crossref] [PubMed]

M. A. Foster, A. C. Turner, J. E. Sharping, B. S. Schmidt, M. Lipson, and A. L. Gaeta, Nature 441, 960 (2006).
[Crossref] [PubMed]

Geng, M.

Gifford, D. K.

Green, W. M. J.

Grillet, C.

Gupta, G.

Heebner, J. E.

J. E. Heebner, R. W. Boyd, and Q. H. Park, Phys. Rev. E 65, 036619 (2002).
[Crossref]

Hill, K. O.

K. O. Hill, D. C. Johnson, B. S. Kawasaki, and R. I. MacDonald, J. Appl. Phys. 49, 5098 (1978).
[Crossref]

Ho, P. T.

Hryniewicz, J. V.

Itabashi, S.

Janz, S.

Jia, L.

Johnson, D. C.

K. O. Hill, D. C. Johnson, B. S. Kawasaki, and R. I. MacDonald, J. Appl. Phys. 49, 5098 (1978).
[Crossref]

Joneckis, L. G.

Kawasaki, B. S.

K. O. Hill, D. C. Johnson, B. S. Kawasaki, and R. I. MacDonald, J. Appl. Phys. 49, 5098 (1978).
[Crossref]

Krauss, T. F.

Kwong, D.

Li, J.

Lipson, M.

A. C. Turner, M. A. Foster, A. L. Gaeta, and M. Lipson, Opt. Express 16, 4881 (2008).
[Crossref] [PubMed]

M. A. Foster, A. C. Turner, J. E. Sharping, B. S. Schmidt, M. Lipson, and A. L. Gaeta, Nature 441, 960 (2006).
[Crossref] [PubMed]

Little, B. E.

Liu, Y.

MacDonald, R. I.

K. O. Hill, D. C. Johnson, B. S. Kawasaki, and R. I. MacDonald, J. Appl. Phys. 49, 5098 (1978).
[Crossref]

Martinelli, M.

McMillan, J. F.

Melloni, A.

F. Morichetti, A. Canciamilla, C. Ferrari, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, Nat. Commun. 2, 296 (2011).
[Crossref] [PubMed]

S. A. Schulz, L. O’Faolain, D. M. Beggs, T. P. White, A. Melloni, and T. F. Krauss, J. Opt. 12, 104004 (2010).
[Crossref]

A. Canciamilla, M. Torregiani, C. Ferrari, F. Morichetti, R. M. De La Rue, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, J. Opt. 12, 104008 (2010).
[Crossref]

A. Melloni, F. Morichetti, and M. Martinelli, J. Opt. Soc. Am. B 25, C87 (2008).
[Crossref]

Monat, C

C Monat, C. M. De Sterke, and B. J. Eggleton, J. Opt. 12, 104003 (2010).
[Crossref]

Monat, C.

Mookherjea, S.

Morandotti, R.

Morichetti, F.

F. Morichetti, A. Canciamilla, C. Ferrari, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, Nat. Commun. 2, 296 (2011).
[Crossref] [PubMed]

A. Canciamilla, M. Torregiani, C. Ferrari, F. Morichetti, R. M. De La Rue, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, J. Opt. 12, 104008 (2010).
[Crossref]

A. Melloni, F. Morichetti, and M. Martinelli, J. Opt. Soc. Am. B 25, C87 (2008).
[Crossref]

Moss, D. J.

O’Faolain, L.

Park, Q. H.

J. E. Heebner, R. W. Boyd, and Q. H. Park, Phys. Rev. E 65, 036619 (2002).
[Crossref]

Peccianti, M.

Razzari, L.

Rey, I. H.

Samarelli, A.

F. Morichetti, A. Canciamilla, C. Ferrari, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, Nat. Commun. 2, 296 (2011).
[Crossref] [PubMed]

A. Canciamilla, M. Torregiani, C. Ferrari, F. Morichetti, R. M. De La Rue, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, J. Opt. 12, 104008 (2010).
[Crossref]

Schmidt, B. S.

M. A. Foster, A. C. Turner, J. E. Sharping, B. S. Schmidt, M. Lipson, and A. L. Gaeta, Nature 441, 960 (2006).
[Crossref] [PubMed]

Schneider, M. A.

Schulz, S. A.

S. A. Schulz, L. O’Faolain, D. M. Beggs, T. P. White, A. Melloni, and T. F. Krauss, J. Opt. 12, 104004 (2010).
[Crossref]

Sharping, J. E.

M. A. Foster, A. C. Turner, J. E. Sharping, B. S. Schmidt, M. Lipson, and A. L. Gaeta, Nature 441, 960 (2006).
[Crossref] [PubMed]

Shoji, T.

Sorel, M.

F. Morichetti, A. Canciamilla, C. Ferrari, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, Nat. Commun. 2, 296 (2011).
[Crossref] [PubMed]

A. Canciamilla, M. Torregiani, C. Ferrari, F. Morichetti, R. M. De La Rue, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, J. Opt. 12, 104008 (2010).
[Crossref]

Takahashi, J.

Takahashi, M.

Torregiani, M.

A. Canciamilla, M. Torregiani, C. Ferrari, F. Morichetti, R. M. De La Rue, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, J. Opt. 12, 104008 (2010).
[Crossref]

Tsuchizawa, T.

Turner, A. C.

A. C. Turner, M. A. Foster, A. L. Gaeta, and M. Lipson, Opt. Express 16, 4881 (2008).
[Crossref] [PubMed]

M. A. Foster, A. C. Turner, J. E. Sharping, B. S. Schmidt, M. Lipson, and A. L. Gaeta, Nature 441, 960 (2006).
[Crossref] [PubMed]

Vlasov, Y. A.

Watanabe, T.

White, T. P.

Wilson, R. A.

Wong, C. W.

Xia, F.

Xu, D.

Yamada, K.

Yang, L.

Yu, M.

Zhang, L.

J. Appl. Phys. (1)

K. O. Hill, D. C. Johnson, B. S. Kawasaki, and R. I. MacDonald, J. Appl. Phys. 49, 5098 (1978).
[Crossref]

J. Opt. (3)

C Monat, C. M. De Sterke, and B. J. Eggleton, J. Opt. 12, 104003 (2010).
[Crossref]

S. A. Schulz, L. O’Faolain, D. M. Beggs, T. P. White, A. Melloni, and T. F. Krauss, J. Opt. 12, 104004 (2010).
[Crossref]

A. Canciamilla, M. Torregiani, C. Ferrari, F. Morichetti, R. M. De La Rue, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, J. Opt. 12, 104008 (2010).
[Crossref]

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

Nat. Commun. (1)

F. Morichetti, A. Canciamilla, C. Ferrari, A. Samarelli, M. Sorel, and A. Melloni, Nat. Commun. 2, 296 (2011).
[Crossref] [PubMed]

Nature (1)

M. A. Foster, A. C. Turner, J. E. Sharping, B. S. Schmidt, M. Lipson, and A. L. Gaeta, Nature 441, 960 (2006).
[Crossref] [PubMed]

Opt. Express (7)

Opt. Lett. (3)

Phys. Rev. E (1)

J. E. Heebner, R. W. Boyd, and Q. H. Park, Phys. Rev. E 65, 036619 (2002).
[Crossref]

Other (1)

G. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, 4th ed. (Academic, 2006).

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 (3)

Fig. 1
Fig. 1

(a) SOI CROWs consisting of 35 and 65 microring resonators. (b) Measured insertion loss (solid) and band-center slowing factors (crosses) of 35 resonator CROW structure. (c) Deviation of measured CROW35 output power (solid) from linear loss (dashed).

Fig. 2
Fig. 2

(a) Optical spectra of FWM in CROW35 with signal in adjacent passband (red) and signal six passbands away (maroon). (b) Measured conversion efficiency dependence of 35 and 65 resonator CROWs with pump-signal detuning. Pump was situated close to band center at 1570.7 and 1570.9 nm , respectively, with pump power at CROW input at + 10 dBm .

Fig. 3
Fig. 3

FWM conversion efficiency dependence on pump power in 35 and 65 ring CROWs and straight waveguides of equivalent length (0.48 and 0.90 mm ). Param eters used in calculations: pump-signal detuning = 7.6 nm , CROW loss = 0.21 dB / ring , straight waveguide loss = 2.6 dB / cm , slowing factor S = 11.1 and the nonlinear parameter γ 0 = 140 ( Wm ) 1 .

Equations (3)

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

η ( L ) = P i ( L ) P s ( 0 ) = ( γ eff P p ( 0 ) L ¯ ) 2 · e α L · φ ,
γ eff = γ 0 · S 2 + S · Γ 2 · Γ = 3 , 721 / ( W . m ) ,
η CROW η wg = ( α wg α c 1 e α c L 1 e α wg L ) 2 · e ( α c α wg ) L · ( S 2 + S · Γ 2 · Γ ) 2 ,

Metrics