Abstract

We experimentally demonstrate silicon ring resonators with internal quality factors of Q0=2.2×107, corresponding to record 2.7dB/m propagation losses. Importantly, we show that these propagation losses are limited by bend loss, indicating that the propagation loss limit for silicon has not yet been reached.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. R. Watts, M. J. Shaw, and G. N. Nielson, Nat. Photonics 1, 632 (2007).
    [CrossRef]
  2. A. Biberman and K. Bergman, Rep. Prog. Phys. 75, 046402 (2012).
    [CrossRef]
  3. Q. Xu, B. Schmidt, S. Pradhan, and M. Lipson, Nature 435, 325 (2005).
    [CrossRef]
  4. M. R. Watts, W. A. Zortman, D. C. Trotter, R. W. Young, and A. L. Lentine, Opt. Express 19, 21989 (2011).
    [CrossRef]
  5. D. Ahn, C. Hong, J. Liu, W. Giziewicz, M. Beals, L. C. Kimerling, J. Michel, J. Chen, and F. X. Kärtner, Opt. Express 15, 3916 (2007).
    [CrossRef]
  6. M. Popovíć, T. Barwicz, M. R. Watts, P. T. Rakich, L. Socci, E. P. Ippen, F. X. Kärtner, and H. I. Smith, Opt. Lett. 31, 2571 (2006).
    [CrossRef]
  7. T. Barwicz, M. R. Watts, M. A. Popovic, P. T. Rakich, L. Socci, F. X. Kärtner, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nat. Photonics 1, 57 (2007).
    [CrossRef]
  8. D. Dai and J. E. Bowers, Opt. Express 19, 10940 (2011).
    [CrossRef]
  9. A. R. Johnson, Y. Okawachi, J. S. Levy, J. Cardenas, K. Saha, M. Lipson, and A. L. Gaeta, Opt. Lett. 37, 875 (2012).
    [CrossRef]
  10. W. Mathlouthi, H. Rong, and M. Paniccia, Opt. Express 16, 16735 (2008).
    [CrossRef]
  11. H. Lee, T. Chen, J. Li, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Commun. 3, 867 (2012).
    [CrossRef]
  12. H. Lee, T. Chen, J. Li, K. Y. Yang, S. Jeon, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Photonics 6, 369 (2012).
    [CrossRef]
  13. J. F. Bauters, M. J. R. Heck, D. D. John, J. S. Barton, C. M. Bruinink, A. Leinse, R. G. Heideman, D. J. Blumenthal, and J. E. Bowers, Opt. Express 19, 24090 (2011).
    [CrossRef]
  14. R. Adar, M. Serbin, and V. Mizrahi, J. Lightwave Technol. 12, 1369 (1994).
    [CrossRef]
  15. M. J. Shaw, J. Guo, G. A. Vawter, S. Habermehl, and C. T. Sullivan, Proc. SPIE 5720, 109 (2005).
    [CrossRef]
  16. A. Gondarenko, J. S. Levy, and M. Lipson, Opt. Express 17, 11366 (2009).
    [CrossRef]
  17. K. Lee, D. Lim, L. C. Kimerling, J. Shin, and F. Cerrina, Opt. Lett. 26, 1888 (2001).
    [CrossRef]
  18. F. Y. Gardes, G. T. Reed, A. P. Knights, G. Mashanovich, P. E. Jessop, L. Rowe, S. McFaul, D. Bruce, and N. G. Tarr, Proc. SPIE 6898, 68980R (2008).
  19. P. Dong, W. Qian, S. Liao, H. Liang, C. Kung, N. Feng, R. Shafiiha, J. Fong, D. Feng, A. Krishnamoorthy, and M. Asghari, Opt. Express 18, 14474 (2010).
    [CrossRef]
  20. W. Bogaerts and S. K. Selvaraja, IEEE Photonics J 3, 422 (2011).
    [CrossRef]
  21. M. Borselli, T. J. Johnson, and O. Painter, Opt. Express 13, 1515 (2005).
    [CrossRef]
  22. G. Li, J. Yao, H. Thacker, A. Mekis, X. Zheng, I. Shubin, Y. Luo, J.-H. Lee, K. Raj, J. E. Cunningham, and A. V. Krishnamoorthy, Opt. Express 20, 12035 (2012).
    [CrossRef]

2012

A. Biberman and K. Bergman, Rep. Prog. Phys. 75, 046402 (2012).
[CrossRef]

H. Lee, T. Chen, J. Li, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Commun. 3, 867 (2012).
[CrossRef]

H. Lee, T. Chen, J. Li, K. Y. Yang, S. Jeon, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Photonics 6, 369 (2012).
[CrossRef]

A. R. Johnson, Y. Okawachi, J. S. Levy, J. Cardenas, K. Saha, M. Lipson, and A. L. Gaeta, Opt. Lett. 37, 875 (2012).
[CrossRef]

G. Li, J. Yao, H. Thacker, A. Mekis, X. Zheng, I. Shubin, Y. Luo, J.-H. Lee, K. Raj, J. E. Cunningham, and A. V. Krishnamoorthy, Opt. Express 20, 12035 (2012).
[CrossRef]

2011

2010

2009

2008

W. Mathlouthi, H. Rong, and M. Paniccia, Opt. Express 16, 16735 (2008).
[CrossRef]

F. Y. Gardes, G. T. Reed, A. P. Knights, G. Mashanovich, P. E. Jessop, L. Rowe, S. McFaul, D. Bruce, and N. G. Tarr, Proc. SPIE 6898, 68980R (2008).

2007

M. R. Watts, M. J. Shaw, and G. N. Nielson, Nat. Photonics 1, 632 (2007).
[CrossRef]

T. Barwicz, M. R. Watts, M. A. Popovic, P. T. Rakich, L. Socci, F. X. Kärtner, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nat. Photonics 1, 57 (2007).
[CrossRef]

D. Ahn, C. Hong, J. Liu, W. Giziewicz, M. Beals, L. C. Kimerling, J. Michel, J. Chen, and F. X. Kärtner, Opt. Express 15, 3916 (2007).
[CrossRef]

2006

2005

M. Borselli, T. J. Johnson, and O. Painter, Opt. Express 13, 1515 (2005).
[CrossRef]

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

M. J. Shaw, J. Guo, G. A. Vawter, S. Habermehl, and C. T. Sullivan, Proc. SPIE 5720, 109 (2005).
[CrossRef]

2001

1994

R. Adar, M. Serbin, and V. Mizrahi, J. Lightwave Technol. 12, 1369 (1994).
[CrossRef]

Adar, R.

R. Adar, M. Serbin, and V. Mizrahi, J. Lightwave Technol. 12, 1369 (1994).
[CrossRef]

Ahn, D.

Asghari, M.

Barton, J. S.

Barwicz, T.

T. Barwicz, M. R. Watts, M. A. Popovic, P. T. Rakich, L. Socci, F. X. Kärtner, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nat. Photonics 1, 57 (2007).
[CrossRef]

M. Popovíć, T. Barwicz, M. R. Watts, P. T. Rakich, L. Socci, E. P. Ippen, F. X. Kärtner, and H. I. Smith, Opt. Lett. 31, 2571 (2006).
[CrossRef]

Bauters, J. F.

Beals, M.

Bergman, K.

A. Biberman and K. Bergman, Rep. Prog. Phys. 75, 046402 (2012).
[CrossRef]

Biberman, A.

A. Biberman and K. Bergman, Rep. Prog. Phys. 75, 046402 (2012).
[CrossRef]

Blumenthal, D. J.

Bogaerts, W.

W. Bogaerts and S. K. Selvaraja, IEEE Photonics J 3, 422 (2011).
[CrossRef]

Borselli, M.

Bowers, J. E.

Bruce, D.

F. Y. Gardes, G. T. Reed, A. P. Knights, G. Mashanovich, P. E. Jessop, L. Rowe, S. McFaul, D. Bruce, and N. G. Tarr, Proc. SPIE 6898, 68980R (2008).

Bruinink, C. M.

Cardenas, J.

Cerrina, F.

Chen, J.

Chen, T.

H. Lee, T. Chen, J. Li, K. Y. Yang, S. Jeon, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Photonics 6, 369 (2012).
[CrossRef]

H. Lee, T. Chen, J. Li, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Commun. 3, 867 (2012).
[CrossRef]

Cunningham, J. E.

Dai, D.

Dong, P.

Feng, D.

Feng, N.

Fong, J.

Gaeta, A. L.

Gardes, F. Y.

F. Y. Gardes, G. T. Reed, A. P. Knights, G. Mashanovich, P. E. Jessop, L. Rowe, S. McFaul, D. Bruce, and N. G. Tarr, Proc. SPIE 6898, 68980R (2008).

Giziewicz, W.

Gondarenko, A.

Guo, J.

M. J. Shaw, J. Guo, G. A. Vawter, S. Habermehl, and C. T. Sullivan, Proc. SPIE 5720, 109 (2005).
[CrossRef]

Habermehl, S.

M. J. Shaw, J. Guo, G. A. Vawter, S. Habermehl, and C. T. Sullivan, Proc. SPIE 5720, 109 (2005).
[CrossRef]

Heck, M. J. R.

Heideman, R. G.

Hong, C.

Ippen, E. P.

T. Barwicz, M. R. Watts, M. A. Popovic, P. T. Rakich, L. Socci, F. X. Kärtner, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nat. Photonics 1, 57 (2007).
[CrossRef]

M. Popovíć, T. Barwicz, M. R. Watts, P. T. Rakich, L. Socci, E. P. Ippen, F. X. Kärtner, and H. I. Smith, Opt. Lett. 31, 2571 (2006).
[CrossRef]

Jeon, S.

H. Lee, T. Chen, J. Li, K. Y. Yang, S. Jeon, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Photonics 6, 369 (2012).
[CrossRef]

Jessop, P. E.

F. Y. Gardes, G. T. Reed, A. P. Knights, G. Mashanovich, P. E. Jessop, L. Rowe, S. McFaul, D. Bruce, and N. G. Tarr, Proc. SPIE 6898, 68980R (2008).

John, D. D.

Johnson, A. R.

Johnson, T. J.

Kärtner, F. X.

Kimerling, L. C.

Knights, A. P.

F. Y. Gardes, G. T. Reed, A. P. Knights, G. Mashanovich, P. E. Jessop, L. Rowe, S. McFaul, D. Bruce, and N. G. Tarr, Proc. SPIE 6898, 68980R (2008).

Krishnamoorthy, A.

Krishnamoorthy, A. V.

Kung, C.

Lee, H.

H. Lee, T. Chen, J. Li, K. Y. Yang, S. Jeon, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Photonics 6, 369 (2012).
[CrossRef]

H. Lee, T. Chen, J. Li, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Commun. 3, 867 (2012).
[CrossRef]

Lee, J.-H.

Lee, K.

Leinse, A.

Lentine, A. L.

Levy, J. S.

Li, G.

Li, J.

H. Lee, T. Chen, J. Li, K. Y. Yang, S. Jeon, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Photonics 6, 369 (2012).
[CrossRef]

H. Lee, T. Chen, J. Li, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Commun. 3, 867 (2012).
[CrossRef]

Liang, H.

Liao, S.

Lim, D.

Lipson, M.

Liu, J.

Luo, Y.

Mashanovich, G.

F. Y. Gardes, G. T. Reed, A. P. Knights, G. Mashanovich, P. E. Jessop, L. Rowe, S. McFaul, D. Bruce, and N. G. Tarr, Proc. SPIE 6898, 68980R (2008).

Mathlouthi, W.

McFaul, S.

F. Y. Gardes, G. T. Reed, A. P. Knights, G. Mashanovich, P. E. Jessop, L. Rowe, S. McFaul, D. Bruce, and N. G. Tarr, Proc. SPIE 6898, 68980R (2008).

Mekis, A.

Michel, J.

Mizrahi, V.

R. Adar, M. Serbin, and V. Mizrahi, J. Lightwave Technol. 12, 1369 (1994).
[CrossRef]

Nielson, G. N.

M. R. Watts, M. J. Shaw, and G. N. Nielson, Nat. Photonics 1, 632 (2007).
[CrossRef]

Okawachi, Y.

Painter, O.

H. Lee, T. Chen, J. Li, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Commun. 3, 867 (2012).
[CrossRef]

H. Lee, T. Chen, J. Li, K. Y. Yang, S. Jeon, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Photonics 6, 369 (2012).
[CrossRef]

M. Borselli, T. J. Johnson, and O. Painter, Opt. Express 13, 1515 (2005).
[CrossRef]

Paniccia, M.

Popovic, M. A.

T. Barwicz, M. R. Watts, M. A. Popovic, P. T. Rakich, L. Socci, F. X. Kärtner, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nat. Photonics 1, 57 (2007).
[CrossRef]

Popovíc, M.

Pradhan, S.

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

Qian, W.

Raj, K.

Rakich, P. T.

T. Barwicz, M. R. Watts, M. A. Popovic, P. T. Rakich, L. Socci, F. X. Kärtner, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nat. Photonics 1, 57 (2007).
[CrossRef]

M. Popovíć, T. Barwicz, M. R. Watts, P. T. Rakich, L. Socci, E. P. Ippen, F. X. Kärtner, and H. I. Smith, Opt. Lett. 31, 2571 (2006).
[CrossRef]

Reed, G. T.

F. Y. Gardes, G. T. Reed, A. P. Knights, G. Mashanovich, P. E. Jessop, L. Rowe, S. McFaul, D. Bruce, and N. G. Tarr, Proc. SPIE 6898, 68980R (2008).

Rong, H.

Rowe, L.

F. Y. Gardes, G. T. Reed, A. P. Knights, G. Mashanovich, P. E. Jessop, L. Rowe, S. McFaul, D. Bruce, and N. G. Tarr, Proc. SPIE 6898, 68980R (2008).

Saha, K.

Schmidt, B.

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

Selvaraja, S. K.

W. Bogaerts and S. K. Selvaraja, IEEE Photonics J 3, 422 (2011).
[CrossRef]

Serbin, M.

R. Adar, M. Serbin, and V. Mizrahi, J. Lightwave Technol. 12, 1369 (1994).
[CrossRef]

Shafiiha, R.

Shaw, M. J.

M. R. Watts, M. J. Shaw, and G. N. Nielson, Nat. Photonics 1, 632 (2007).
[CrossRef]

M. J. Shaw, J. Guo, G. A. Vawter, S. Habermehl, and C. T. Sullivan, Proc. SPIE 5720, 109 (2005).
[CrossRef]

Shin, J.

Shubin, I.

Smith, H. I.

T. Barwicz, M. R. Watts, M. A. Popovic, P. T. Rakich, L. Socci, F. X. Kärtner, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nat. Photonics 1, 57 (2007).
[CrossRef]

M. Popovíć, T. Barwicz, M. R. Watts, P. T. Rakich, L. Socci, E. P. Ippen, F. X. Kärtner, and H. I. Smith, Opt. Lett. 31, 2571 (2006).
[CrossRef]

Socci, L.

T. Barwicz, M. R. Watts, M. A. Popovic, P. T. Rakich, L. Socci, F. X. Kärtner, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nat. Photonics 1, 57 (2007).
[CrossRef]

M. Popovíć, T. Barwicz, M. R. Watts, P. T. Rakich, L. Socci, E. P. Ippen, F. X. Kärtner, and H. I. Smith, Opt. Lett. 31, 2571 (2006).
[CrossRef]

Sullivan, C. T.

M. J. Shaw, J. Guo, G. A. Vawter, S. Habermehl, and C. T. Sullivan, Proc. SPIE 5720, 109 (2005).
[CrossRef]

Tarr, N. G.

F. Y. Gardes, G. T. Reed, A. P. Knights, G. Mashanovich, P. E. Jessop, L. Rowe, S. McFaul, D. Bruce, and N. G. Tarr, Proc. SPIE 6898, 68980R (2008).

Thacker, H.

Trotter, D. C.

Vahala, K. J.

H. Lee, T. Chen, J. Li, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Commun. 3, 867 (2012).
[CrossRef]

H. Lee, T. Chen, J. Li, K. Y. Yang, S. Jeon, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Photonics 6, 369 (2012).
[CrossRef]

Vawter, G. A.

M. J. Shaw, J. Guo, G. A. Vawter, S. Habermehl, and C. T. Sullivan, Proc. SPIE 5720, 109 (2005).
[CrossRef]

Watts, M. R.

M. R. Watts, W. A. Zortman, D. C. Trotter, R. W. Young, and A. L. Lentine, Opt. Express 19, 21989 (2011).
[CrossRef]

T. Barwicz, M. R. Watts, M. A. Popovic, P. T. Rakich, L. Socci, F. X. Kärtner, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nat. Photonics 1, 57 (2007).
[CrossRef]

M. R. Watts, M. J. Shaw, and G. N. Nielson, Nat. Photonics 1, 632 (2007).
[CrossRef]

M. Popovíć, T. Barwicz, M. R. Watts, P. T. Rakich, L. Socci, E. P. Ippen, F. X. Kärtner, and H. I. Smith, Opt. Lett. 31, 2571 (2006).
[CrossRef]

Xu, Q.

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

Yang, K. Y.

H. Lee, T. Chen, J. Li, K. Y. Yang, S. Jeon, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Photonics 6, 369 (2012).
[CrossRef]

Yao, J.

Young, R. W.

Zheng, X.

Zortman, W. A.

IEEE Photonics J

W. Bogaerts and S. K. Selvaraja, IEEE Photonics J 3, 422 (2011).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol.

R. Adar, M. Serbin, and V. Mizrahi, J. Lightwave Technol. 12, 1369 (1994).
[CrossRef]

Nat. Commun.

H. Lee, T. Chen, J. Li, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Commun. 3, 867 (2012).
[CrossRef]

Nat. Photonics

H. Lee, T. Chen, J. Li, K. Y. Yang, S. Jeon, O. Painter, and K. J. Vahala, Nat. Photonics 6, 369 (2012).
[CrossRef]

M. R. Watts, M. J. Shaw, and G. N. Nielson, Nat. Photonics 1, 632 (2007).
[CrossRef]

T. Barwicz, M. R. Watts, M. A. Popovic, P. T. Rakich, L. Socci, F. X. Kärtner, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nat. Photonics 1, 57 (2007).
[CrossRef]

Nature

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

Opt. Express

Opt. Lett.

Proc. SPIE

M. J. Shaw, J. Guo, G. A. Vawter, S. Habermehl, and C. T. Sullivan, Proc. SPIE 5720, 109 (2005).
[CrossRef]

F. Y. Gardes, G. T. Reed, A. P. Knights, G. Mashanovich, P. E. Jessop, L. Rowe, S. McFaul, D. Bruce, and N. G. Tarr, Proc. SPIE 6898, 68980R (2008).

Rep. Prog. Phys.

A. Biberman and K. Bergman, Rep. Prog. Phys. 75, 046402 (2012).
[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 (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

(a) Scanning-electron-microscope image of the silicon photonic waveguide overlaid with false coloring. (b) Representation of its layers and dimensions. (c) Modesolver simulations of the TE and TM modes at 1600 and 1554 nm, respectively. The bend-loss-limited Q factors from the modesolver simulations closely match the simulated results for both the TE and TM modes indicating that the measured Q factors are limited by bend-loss-induced radiation.

Fig. 2.
Fig. 2.

Experimentally measured TE spectral responses of the silicon photonic ring resonator. (a) Single passband, showing the FWHM, with a corresponding Lorentzian fit. (b) Two consecutive passbands, showing the free spectral range.

Fig. 3.
Fig. 3.

Experimentally measured TM spectral responses of the silicon photonic ring resonator. (a) Single passband, showing the FWHM, with a corresponding Lorentzian fit. (b) Two consecutive passbands, showing the free spectral range.

Metrics