Abstract

Hybrid Si-LiNbO3 electro-optic tunable ring resonators have been proposed and demonstrated as a path to achieving ultracompact and high-speed electro-optic devices. Free standing single crystal LiNbO3 microplatelets (mm long and 1μm thick) were obtained from a z-cut LiNbO3 substrate by ion implantation and thermal treatment. The platelets were transferred and thermally bonded on top of Si resonators that were fabricated in a Si-on-insulator platform by a 0.18μm standard complementary metal-oxide-semiconductor process. For the hybrid microring resonator, a free spectral range of 16.5nm, a finesse F of 1.67×102, a Q-factor of 1.68×104, and an effective r coefficient of 1.7pm/V were achieved for the TE mode. These values are in good agreement with the calculated results.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. Q. Xu, B. Schmidt, S. Pradhan, and M. Lipson, Nature 435, 325 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. A. Liu, R. Jones, L. Liao, D. Samara-Rubio, D. Rubin, O. Cohen, R. Nicolaescu, and M. Paniccia, Nature 427, 615 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. A. Liu, L. Liao, D. Rubin, H. Nguyen, B. Ciftcioglul, Y. Chetrit, N. Izhaky, and M. Paniccia, Opt. Express 15, 660(2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. T. Sadagopan, S. J. Choi, S. J. Choi, P. D. Dapkus, and A. E. Bond, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 567 (2005).
    [CrossRef]
  5. P. Dong, S. Liao, D. Feng, H. Liang, D. Zheng, R. Shafiiha, C.-C. Kung, W. Qian, G. Li, X. Zheng, A. V. Krishnamoorthy, and M. Asghari, Opt. Express 17, 22484 (2009).
    [CrossRef]
  6. G. Cocorullo and I. Rendina, Electron. Lett. 28, 83 (1992).
    [CrossRef]
  7. C. Cocorullo, M. Iodice, I. Rendina, and P. M. Sarro, IEEE Photon. Technol. Lett. 7, 363 (1995).
    [CrossRef]
  8. R. S. Jacobsen, K. Andersen, P. I. Borel, J. F. Pedersen, O. Hansen, M. Kristensen, A. Lavrinenko, G. Moulin, H. Ou, C. Peucheret, B. Zsigri, and A. Bjarklev, Nature 441, 199 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. Y. S. Lee, S. S. Lee, and W. H. Steier, in OSA Optics & Photonics Congress/ASSP 2010 (Optical Society of America, 2010), paper ATuA21.
  10. O. Gaathon, A. Ofan, J. Dadap, L. Vanamurthy, S. Bakhru, H. Bakhru, and R. M. Osgood Jr., J. Vac. Sci. Technol. A 28, 462 (2010).
    [CrossRef]
  11. T. A. Ramadan, M. Levy, and R. M. Osgood Jr., Appl. Phys. Lett. 76, 1407 (2000).
    [CrossRef]
  12. B. E. Little, J. S. Foresi, G. Steinmeyer, E. R. Thoen, S. T. Chu, H. A. Haus, E. P. Ippen, L. C. Kimerling, and W. Greene, IEEE Photon. Technol. Lett. 10, 549 (1998).
    [CrossRef]
  13. J. Niehusmann, A. Vörckel, P. H. Bolivar, T. Wahlbrink, W. Henschel, and H. Kurz, Opt. Lett. 29, 2861 (2004).
    [CrossRef]

2010

O. Gaathon, A. Ofan, J. Dadap, L. Vanamurthy, S. Bakhru, H. Bakhru, and R. M. Osgood Jr., J. Vac. Sci. Technol. A 28, 462 (2010).
[CrossRef]

2009

2007

2006

R. S. Jacobsen, K. Andersen, P. I. Borel, J. F. Pedersen, O. Hansen, M. Kristensen, A. Lavrinenko, G. Moulin, H. Ou, C. Peucheret, B. Zsigri, and A. Bjarklev, Nature 441, 199 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

2005

T. Sadagopan, S. J. Choi, S. J. Choi, P. D. Dapkus, and A. E. Bond, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 567 (2005).
[CrossRef]

Q. Xu, B. Schmidt, S. Pradhan, and M. Lipson, Nature 435, 325 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

2004

A. Liu, R. Jones, L. Liao, D. Samara-Rubio, D. Rubin, O. Cohen, R. Nicolaescu, and M. Paniccia, Nature 427, 615 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

J. Niehusmann, A. Vörckel, P. H. Bolivar, T. Wahlbrink, W. Henschel, and H. Kurz, Opt. Lett. 29, 2861 (2004).
[CrossRef]

2000

T. A. Ramadan, M. Levy, and R. M. Osgood Jr., Appl. Phys. Lett. 76, 1407 (2000).
[CrossRef]

1998

B. E. Little, J. S. Foresi, G. Steinmeyer, E. R. Thoen, S. T. Chu, H. A. Haus, E. P. Ippen, L. C. Kimerling, and W. Greene, IEEE Photon. Technol. Lett. 10, 549 (1998).
[CrossRef]

1995

C. Cocorullo, M. Iodice, I. Rendina, and P. M. Sarro, IEEE Photon. Technol. Lett. 7, 363 (1995).
[CrossRef]

1992

G. Cocorullo and I. Rendina, Electron. Lett. 28, 83 (1992).
[CrossRef]

Andersen, K.

R. S. Jacobsen, K. Andersen, P. I. Borel, J. F. Pedersen, O. Hansen, M. Kristensen, A. Lavrinenko, G. Moulin, H. Ou, C. Peucheret, B. Zsigri, and A. Bjarklev, Nature 441, 199 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Asghari, M.

Bakhru, H.

O. Gaathon, A. Ofan, J. Dadap, L. Vanamurthy, S. Bakhru, H. Bakhru, and R. M. Osgood Jr., J. Vac. Sci. Technol. A 28, 462 (2010).
[CrossRef]

Bakhru, S.

O. Gaathon, A. Ofan, J. Dadap, L. Vanamurthy, S. Bakhru, H. Bakhru, and R. M. Osgood Jr., J. Vac. Sci. Technol. A 28, 462 (2010).
[CrossRef]

Bjarklev, A.

R. S. Jacobsen, K. Andersen, P. I. Borel, J. F. Pedersen, O. Hansen, M. Kristensen, A. Lavrinenko, G. Moulin, H. Ou, C. Peucheret, B. Zsigri, and A. Bjarklev, Nature 441, 199 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Bolivar, P. H.

Bond, A. E.

T. Sadagopan, S. J. Choi, S. J. Choi, P. D. Dapkus, and A. E. Bond, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 567 (2005).
[CrossRef]

Borel, P. I.

R. S. Jacobsen, K. Andersen, P. I. Borel, J. F. Pedersen, O. Hansen, M. Kristensen, A. Lavrinenko, G. Moulin, H. Ou, C. Peucheret, B. Zsigri, and A. Bjarklev, Nature 441, 199 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Chetrit, Y.

Choi, S. J.

T. Sadagopan, S. J. Choi, S. J. Choi, P. D. Dapkus, and A. E. Bond, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 567 (2005).
[CrossRef]

T. Sadagopan, S. J. Choi, S. J. Choi, P. D. Dapkus, and A. E. Bond, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 567 (2005).
[CrossRef]

Chu, S. T.

B. E. Little, J. S. Foresi, G. Steinmeyer, E. R. Thoen, S. T. Chu, H. A. Haus, E. P. Ippen, L. C. Kimerling, and W. Greene, IEEE Photon. Technol. Lett. 10, 549 (1998).
[CrossRef]

Ciftcioglul, B.

Cocorullo, C.

C. Cocorullo, M. Iodice, I. Rendina, and P. M. Sarro, IEEE Photon. Technol. Lett. 7, 363 (1995).
[CrossRef]

Cocorullo, G.

G. Cocorullo and I. Rendina, Electron. Lett. 28, 83 (1992).
[CrossRef]

Cohen, O.

A. Liu, R. Jones, L. Liao, D. Samara-Rubio, D. Rubin, O. Cohen, R. Nicolaescu, and M. Paniccia, Nature 427, 615 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Dadap, J.

O. Gaathon, A. Ofan, J. Dadap, L. Vanamurthy, S. Bakhru, H. Bakhru, and R. M. Osgood Jr., J. Vac. Sci. Technol. A 28, 462 (2010).
[CrossRef]

Dapkus, P. D.

T. Sadagopan, S. J. Choi, S. J. Choi, P. D. Dapkus, and A. E. Bond, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 567 (2005).
[CrossRef]

Dong, P.

Feng, D.

Foresi, J. S.

B. E. Little, J. S. Foresi, G. Steinmeyer, E. R. Thoen, S. T. Chu, H. A. Haus, E. P. Ippen, L. C. Kimerling, and W. Greene, IEEE Photon. Technol. Lett. 10, 549 (1998).
[CrossRef]

Gaathon, O.

O. Gaathon, A. Ofan, J. Dadap, L. Vanamurthy, S. Bakhru, H. Bakhru, and R. M. Osgood Jr., J. Vac. Sci. Technol. A 28, 462 (2010).
[CrossRef]

Greene, W.

B. E. Little, J. S. Foresi, G. Steinmeyer, E. R. Thoen, S. T. Chu, H. A. Haus, E. P. Ippen, L. C. Kimerling, and W. Greene, IEEE Photon. Technol. Lett. 10, 549 (1998).
[CrossRef]

Hansen, O.

R. S. Jacobsen, K. Andersen, P. I. Borel, J. F. Pedersen, O. Hansen, M. Kristensen, A. Lavrinenko, G. Moulin, H. Ou, C. Peucheret, B. Zsigri, and A. Bjarklev, Nature 441, 199 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Haus, H. A.

B. E. Little, J. S. Foresi, G. Steinmeyer, E. R. Thoen, S. T. Chu, H. A. Haus, E. P. Ippen, L. C. Kimerling, and W. Greene, IEEE Photon. Technol. Lett. 10, 549 (1998).
[CrossRef]

Henschel, W.

Iodice, M.

C. Cocorullo, M. Iodice, I. Rendina, and P. M. Sarro, IEEE Photon. Technol. Lett. 7, 363 (1995).
[CrossRef]

Ippen, E. P.

B. E. Little, J. S. Foresi, G. Steinmeyer, E. R. Thoen, S. T. Chu, H. A. Haus, E. P. Ippen, L. C. Kimerling, and W. Greene, IEEE Photon. Technol. Lett. 10, 549 (1998).
[CrossRef]

Izhaky, N.

Jacobsen, R. S.

R. S. Jacobsen, K. Andersen, P. I. Borel, J. F. Pedersen, O. Hansen, M. Kristensen, A. Lavrinenko, G. Moulin, H. Ou, C. Peucheret, B. Zsigri, and A. Bjarklev, Nature 441, 199 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Jones, R.

A. Liu, R. Jones, L. Liao, D. Samara-Rubio, D. Rubin, O. Cohen, R. Nicolaescu, and M. Paniccia, Nature 427, 615 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Kimerling, L. C.

B. E. Little, J. S. Foresi, G. Steinmeyer, E. R. Thoen, S. T. Chu, H. A. Haus, E. P. Ippen, L. C. Kimerling, and W. Greene, IEEE Photon. Technol. Lett. 10, 549 (1998).
[CrossRef]

Krishnamoorthy, A. V.

Kristensen, M.

R. S. Jacobsen, K. Andersen, P. I. Borel, J. F. Pedersen, O. Hansen, M. Kristensen, A. Lavrinenko, G. Moulin, H. Ou, C. Peucheret, B. Zsigri, and A. Bjarklev, Nature 441, 199 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Kung, C.-C.

Kurz, H.

Lavrinenko, A.

R. S. Jacobsen, K. Andersen, P. I. Borel, J. F. Pedersen, O. Hansen, M. Kristensen, A. Lavrinenko, G. Moulin, H. Ou, C. Peucheret, B. Zsigri, and A. Bjarklev, Nature 441, 199 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Lee, S. S.

Y. S. Lee, S. S. Lee, and W. H. Steier, in OSA Optics & Photonics Congress/ASSP 2010 (Optical Society of America, 2010), paper ATuA21.

Lee, Y. S.

Y. S. Lee, S. S. Lee, and W. H. Steier, in OSA Optics & Photonics Congress/ASSP 2010 (Optical Society of America, 2010), paper ATuA21.

Levy, M.

T. A. Ramadan, M. Levy, and R. M. Osgood Jr., Appl. Phys. Lett. 76, 1407 (2000).
[CrossRef]

Li, G.

Liang, H.

Liao, L.

A. Liu, L. Liao, D. Rubin, H. Nguyen, B. Ciftcioglul, Y. Chetrit, N. Izhaky, and M. Paniccia, Opt. Express 15, 660(2007).
[CrossRef] [PubMed]

A. Liu, R. Jones, L. Liao, D. Samara-Rubio, D. Rubin, O. Cohen, R. Nicolaescu, and M. Paniccia, Nature 427, 615 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Liao, S.

Lipson, M.

Q. Xu, B. Schmidt, S. Pradhan, and M. Lipson, Nature 435, 325 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Little, B. E.

B. E. Little, J. S. Foresi, G. Steinmeyer, E. R. Thoen, S. T. Chu, H. A. Haus, E. P. Ippen, L. C. Kimerling, and W. Greene, IEEE Photon. Technol. Lett. 10, 549 (1998).
[CrossRef]

Liu, A.

A. Liu, L. Liao, D. Rubin, H. Nguyen, B. Ciftcioglul, Y. Chetrit, N. Izhaky, and M. Paniccia, Opt. Express 15, 660(2007).
[CrossRef] [PubMed]

A. Liu, R. Jones, L. Liao, D. Samara-Rubio, D. Rubin, O. Cohen, R. Nicolaescu, and M. Paniccia, Nature 427, 615 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Moulin, G.

R. S. Jacobsen, K. Andersen, P. I. Borel, J. F. Pedersen, O. Hansen, M. Kristensen, A. Lavrinenko, G. Moulin, H. Ou, C. Peucheret, B. Zsigri, and A. Bjarklev, Nature 441, 199 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Nguyen, H.

Nicolaescu, R.

A. Liu, R. Jones, L. Liao, D. Samara-Rubio, D. Rubin, O. Cohen, R. Nicolaescu, and M. Paniccia, Nature 427, 615 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Niehusmann, J.

Ofan, A.

O. Gaathon, A. Ofan, J. Dadap, L. Vanamurthy, S. Bakhru, H. Bakhru, and R. M. Osgood Jr., J. Vac. Sci. Technol. A 28, 462 (2010).
[CrossRef]

Osgood, R. M.

O. Gaathon, A. Ofan, J. Dadap, L. Vanamurthy, S. Bakhru, H. Bakhru, and R. M. Osgood Jr., J. Vac. Sci. Technol. A 28, 462 (2010).
[CrossRef]

T. A. Ramadan, M. Levy, and R. M. Osgood Jr., Appl. Phys. Lett. 76, 1407 (2000).
[CrossRef]

Ou, H.

R. S. Jacobsen, K. Andersen, P. I. Borel, J. F. Pedersen, O. Hansen, M. Kristensen, A. Lavrinenko, G. Moulin, H. Ou, C. Peucheret, B. Zsigri, and A. Bjarklev, Nature 441, 199 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Paniccia, M.

A. Liu, L. Liao, D. Rubin, H. Nguyen, B. Ciftcioglul, Y. Chetrit, N. Izhaky, and M. Paniccia, Opt. Express 15, 660(2007).
[CrossRef] [PubMed]

A. Liu, R. Jones, L. Liao, D. Samara-Rubio, D. Rubin, O. Cohen, R. Nicolaescu, and M. Paniccia, Nature 427, 615 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Pedersen, J. F.

R. S. Jacobsen, K. Andersen, P. I. Borel, J. F. Pedersen, O. Hansen, M. Kristensen, A. Lavrinenko, G. Moulin, H. Ou, C. Peucheret, B. Zsigri, and A. Bjarklev, Nature 441, 199 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Peucheret, C.

R. S. Jacobsen, K. Andersen, P. I. Borel, J. F. Pedersen, O. Hansen, M. Kristensen, A. Lavrinenko, G. Moulin, H. Ou, C. Peucheret, B. Zsigri, and A. Bjarklev, Nature 441, 199 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Pradhan, S.

Q. Xu, B. Schmidt, S. Pradhan, and M. Lipson, Nature 435, 325 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Qian, W.

Ramadan, T. A.

T. A. Ramadan, M. Levy, and R. M. Osgood Jr., Appl. Phys. Lett. 76, 1407 (2000).
[CrossRef]

Rendina, I.

C. Cocorullo, M. Iodice, I. Rendina, and P. M. Sarro, IEEE Photon. Technol. Lett. 7, 363 (1995).
[CrossRef]

G. Cocorullo and I. Rendina, Electron. Lett. 28, 83 (1992).
[CrossRef]

Rubin, D.

A. Liu, L. Liao, D. Rubin, H. Nguyen, B. Ciftcioglul, Y. Chetrit, N. Izhaky, and M. Paniccia, Opt. Express 15, 660(2007).
[CrossRef] [PubMed]

A. Liu, R. Jones, L. Liao, D. Samara-Rubio, D. Rubin, O. Cohen, R. Nicolaescu, and M. Paniccia, Nature 427, 615 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Sadagopan, T.

T. Sadagopan, S. J. Choi, S. J. Choi, P. D. Dapkus, and A. E. Bond, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 567 (2005).
[CrossRef]

Samara-Rubio, D.

A. Liu, R. Jones, L. Liao, D. Samara-Rubio, D. Rubin, O. Cohen, R. Nicolaescu, and M. Paniccia, Nature 427, 615 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Sarro, P. M.

C. Cocorullo, M. Iodice, I. Rendina, and P. M. Sarro, IEEE Photon. Technol. Lett. 7, 363 (1995).
[CrossRef]

Schmidt, B.

Q. Xu, B. Schmidt, S. Pradhan, and M. Lipson, Nature 435, 325 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Shafiiha, R.

Steier, W. H.

Y. S. Lee, S. S. Lee, and W. H. Steier, in OSA Optics & Photonics Congress/ASSP 2010 (Optical Society of America, 2010), paper ATuA21.

Steinmeyer, G.

B. E. Little, J. S. Foresi, G. Steinmeyer, E. R. Thoen, S. T. Chu, H. A. Haus, E. P. Ippen, L. C. Kimerling, and W. Greene, IEEE Photon. Technol. Lett. 10, 549 (1998).
[CrossRef]

Thoen, E. R.

B. E. Little, J. S. Foresi, G. Steinmeyer, E. R. Thoen, S. T. Chu, H. A. Haus, E. P. Ippen, L. C. Kimerling, and W. Greene, IEEE Photon. Technol. Lett. 10, 549 (1998).
[CrossRef]

Vanamurthy, L.

O. Gaathon, A. Ofan, J. Dadap, L. Vanamurthy, S. Bakhru, H. Bakhru, and R. M. Osgood Jr., J. Vac. Sci. Technol. A 28, 462 (2010).
[CrossRef]

Vörckel, A.

Wahlbrink, T.

Xu, Q.

Q. Xu, B. Schmidt, S. Pradhan, and M. Lipson, Nature 435, 325 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Zheng, D.

Zheng, X.

Zsigri, B.

R. S. Jacobsen, K. Andersen, P. I. Borel, J. F. Pedersen, O. Hansen, M. Kristensen, A. Lavrinenko, G. Moulin, H. Ou, C. Peucheret, B. Zsigri, and A. Bjarklev, Nature 441, 199 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Appl. Phys. Lett.

T. A. Ramadan, M. Levy, and R. M. Osgood Jr., Appl. Phys. Lett. 76, 1407 (2000).
[CrossRef]

Electron. Lett.

G. Cocorullo and I. Rendina, Electron. Lett. 28, 83 (1992).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett.

C. Cocorullo, M. Iodice, I. Rendina, and P. M. Sarro, IEEE Photon. Technol. Lett. 7, 363 (1995).
[CrossRef]

T. Sadagopan, S. J. Choi, S. J. Choi, P. D. Dapkus, and A. E. Bond, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 567 (2005).
[CrossRef]

B. E. Little, J. S. Foresi, G. Steinmeyer, E. R. Thoen, S. T. Chu, H. A. Haus, E. P. Ippen, L. C. Kimerling, and W. Greene, IEEE Photon. Technol. Lett. 10, 549 (1998).
[CrossRef]

J. Vac. Sci. Technol. A

O. Gaathon, A. Ofan, J. Dadap, L. Vanamurthy, S. Bakhru, H. Bakhru, and R. M. Osgood Jr., J. Vac. Sci. Technol. A 28, 462 (2010).
[CrossRef]

Nature

Q. Xu, B. Schmidt, S. Pradhan, and M. Lipson, Nature 435, 325 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

A. Liu, R. Jones, L. Liao, D. Samara-Rubio, D. Rubin, O. Cohen, R. Nicolaescu, and M. Paniccia, Nature 427, 615 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

R. S. Jacobsen, K. Andersen, P. I. Borel, J. F. Pedersen, O. Hansen, M. Kristensen, A. Lavrinenko, G. Moulin, H. Ou, C. Peucheret, B. Zsigri, and A. Bjarklev, Nature 441, 199 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Express

Opt. Lett.

Other

Y. S. Lee, S. S. Lee, and W. H. Steier, in OSA Optics & Photonics Congress/ASSP 2010 (Optical Society of America, 2010), paper ATuA21.

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

Schematic of the fabrication process. (a) Preparation of free standing LiNbO 3 microplatelets. (b) Integration of the hybrid Si - LiNbO 3 microring resonator.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Optical micrograph of a hybrid Si - LiNbO 3 microring resonator (b) Electric field distribution for the TE mode of the hybrid Si - LiNbO 3 microring resonator.

Fig. 3
Fig. 3

Transmission spectra for a Si microring resonator and a hybrid Si - LiNbO 3 microring resonator.

Fig. 4
Fig. 4

Transmission spectrum of a hybrid Si - LiNbO 3 resonator for the different values of V LN .

Metrics