Abstract

We experimentally demonstrate a frequency modulation locked servo loop, locked to a resonance line of an on-chip microdisk resonator in a silicon nitride platform. By using this approach, we demonstrate real-time monitoring of refractive index variations with a precision approaching 107RIU, using a moderate Q factor of 104. The approach can be applied for intensity independent, dynamic and precise index of refraction monitoring for biosensing applications.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. G. C. Bjorklund, M. D. Levenson, W. Lenth, and C. Ortiz, Appl. Phys. B 32, 145 (1983).
    [CrossRef]
  2. R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
    [CrossRef]
  3. T. Carmon, T. J. Kippenberg, L. Yang, H. Rokhsari, S. Spillane, and K. J. Vahala, Opt. Express 13, 3558 (2005).
    [CrossRef]
  4. P. Del’Haye, O. Arcizet, A. Schliesser, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 101, 053903 (2008).
    [CrossRef]
  5. D. O’Shea, A. Rettenmaier, and A. Rauschenbeutel, Appl. Phys. B 99, 623 (2010).
    [CrossRef]
  6. J. Vanier and C. Mandache, Appl. Phys. B 87, 565 (2007).
    [CrossRef]
  7. A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
    [CrossRef]
  8. I. Goykhman, B. Desiatov, and U. Levy, Appl. Phys. Lett. 97, 081108 (2010).
    [CrossRef]
  9. K. C. Neuman and S. M. Block, Rev. Sci. Instrum. 75, 2787 (2004).
    [CrossRef]
  10. N. Jokerst, M. Royal, S. Palit, L. Luan, S. Dhar, and T. Tyler, J. Biophotonics 2, 212 (2009).
    [CrossRef]
  11. H.-S. Choi, S. Ismail, and M. A. Armani, Opt. Lett. 36, 2152 (2011).
    [CrossRef]
  12. K. Ikeda, R. E. Saperstein, N. Alic, and Y. Fainman, Opt. Express 16, 12987 (2008).
    [CrossRef]

2011

2010

D. O’Shea, A. Rettenmaier, and A. Rauschenbeutel, Appl. Phys. B 99, 623 (2010).
[CrossRef]

I. Goykhman, B. Desiatov, and U. Levy, Appl. Phys. Lett. 97, 081108 (2010).
[CrossRef]

2009

N. Jokerst, M. Royal, S. Palit, L. Luan, S. Dhar, and T. Tyler, J. Biophotonics 2, 212 (2009).
[CrossRef]

2008

P. Del’Haye, O. Arcizet, A. Schliesser, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 101, 053903 (2008).
[CrossRef]

K. Ikeda, R. E. Saperstein, N. Alic, and Y. Fainman, Opt. Express 16, 12987 (2008).
[CrossRef]

2007

J. Vanier and C. Mandache, Appl. Phys. B 87, 565 (2007).
[CrossRef]

2006

A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
[CrossRef]

2005

2004

K. C. Neuman and S. M. Block, Rev. Sci. Instrum. 75, 2787 (2004).
[CrossRef]

1983

G. C. Bjorklund, M. D. Levenson, W. Lenth, and C. Ortiz, Appl. Phys. B 32, 145 (1983).
[CrossRef]

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Aldridge, J. C.

A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
[CrossRef]

Alic, N.

Anthes-Washburn, M.

A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
[CrossRef]

Arcizet, O.

P. Del’Haye, O. Arcizet, A. Schliesser, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 101, 053903 (2008).
[CrossRef]

Armani, M. A.

Bjorklund, G. C.

G. C. Bjorklund, M. D. Levenson, W. Lenth, and C. Ortiz, Appl. Phys. B 32, 145 (1983).
[CrossRef]

Block, S. M.

K. C. Neuman and S. M. Block, Rev. Sci. Instrum. 75, 2787 (2004).
[CrossRef]

Carmon, T.

Chbouki, N.

A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
[CrossRef]

Choi, H.-S.

Chu, S.

A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
[CrossRef]

Del’Haye, P.

P. Del’Haye, O. Arcizet, A. Schliesser, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 101, 053903 (2008).
[CrossRef]

Desai, T. A.

A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
[CrossRef]

Desiatov, B.

I. Goykhman, B. Desiatov, and U. Levy, Appl. Phys. Lett. 97, 081108 (2010).
[CrossRef]

Dhar, S.

N. Jokerst, M. Royal, S. Palit, L. Luan, S. Dhar, and T. Tyler, J. Biophotonics 2, 212 (2009).
[CrossRef]

Drever, R. W. P.

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Fainman, Y.

Ford, G. M.

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Gill, D.

A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
[CrossRef]

Goldberg, B. B.

A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
[CrossRef]

Goykhman, I.

I. Goykhman, B. Desiatov, and U. Levy, Appl. Phys. Lett. 97, 081108 (2010).
[CrossRef]

Hall, J. L.

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Holzwarth, R.

P. Del’Haye, O. Arcizet, A. Schliesser, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 101, 053903 (2008).
[CrossRef]

Hough, J.

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Hryniewicz, J.

A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
[CrossRef]

Ikeda, K.

Ismail, S.

Jokerst, N.

N. Jokerst, M. Royal, S. Palit, L. Luan, S. Dhar, and T. Tyler, J. Biophotonics 2, 212 (2009).
[CrossRef]

King, O.

A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
[CrossRef]

Kippenberg, T. J.

P. Del’Haye, O. Arcizet, A. Schliesser, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 101, 053903 (2008).
[CrossRef]

T. Carmon, T. J. Kippenberg, L. Yang, H. Rokhsari, S. Spillane, and K. J. Vahala, Opt. Express 13, 3558 (2005).
[CrossRef]

Kowalski, F. V.

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Lenth, W.

G. C. Bjorklund, M. D. Levenson, W. Lenth, and C. Ortiz, Appl. Phys. B 32, 145 (1983).
[CrossRef]

Levenson, M. D.

G. C. Bjorklund, M. D. Levenson, W. Lenth, and C. Ortiz, Appl. Phys. B 32, 145 (1983).
[CrossRef]

Levy, U.

I. Goykhman, B. Desiatov, and U. Levy, Appl. Phys. Lett. 97, 081108 (2010).
[CrossRef]

Little, B. E.

A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
[CrossRef]

Luan, L.

N. Jokerst, M. Royal, S. Palit, L. Luan, S. Dhar, and T. Tyler, J. Biophotonics 2, 212 (2009).
[CrossRef]

Mandache, C.

J. Vanier and C. Mandache, Appl. Phys. B 87, 565 (2007).
[CrossRef]

Munley, A. J.

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Neuman, K. C.

K. C. Neuman and S. M. Block, Rev. Sci. Instrum. 75, 2787 (2004).
[CrossRef]

O’Shea, D.

D. O’Shea, A. Rettenmaier, and A. Rauschenbeutel, Appl. Phys. B 99, 623 (2010).
[CrossRef]

Ortiz, C.

G. C. Bjorklund, M. D. Levenson, W. Lenth, and C. Ortiz, Appl. Phys. B 32, 145 (1983).
[CrossRef]

Palit, S.

N. Jokerst, M. Royal, S. Palit, L. Luan, S. Dhar, and T. Tyler, J. Biophotonics 2, 212 (2009).
[CrossRef]

Popat, K. C.

A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
[CrossRef]

Rauschenbeutel, A.

D. O’Shea, A. Rettenmaier, and A. Rauschenbeutel, Appl. Phys. B 99, 623 (2010).
[CrossRef]

Rettenmaier, A.

D. O’Shea, A. Rettenmaier, and A. Rauschenbeutel, Appl. Phys. B 99, 623 (2010).
[CrossRef]

Rokhsari, H.

Royal, M.

N. Jokerst, M. Royal, S. Palit, L. Luan, S. Dhar, and T. Tyler, J. Biophotonics 2, 212 (2009).
[CrossRef]

Saperstein, R. E.

Schliesser, A.

P. Del’Haye, O. Arcizet, A. Schliesser, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 101, 053903 (2008).
[CrossRef]

Spillane, S.

Tyler, T.

N. Jokerst, M. Royal, S. Palit, L. Luan, S. Dhar, and T. Tyler, J. Biophotonics 2, 212 (2009).
[CrossRef]

Unlu, M. S.

A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
[CrossRef]

Vahala, K. J.

Van, V.

A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
[CrossRef]

Vanier, J.

J. Vanier and C. Mandache, Appl. Phys. B 87, 565 (2007).
[CrossRef]

Ward, H.

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Yalcin, A.

A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
[CrossRef]

Yang, L.

Appl. Phys. B

D. O’Shea, A. Rettenmaier, and A. Rauschenbeutel, Appl. Phys. B 99, 623 (2010).
[CrossRef]

J. Vanier and C. Mandache, Appl. Phys. B 87, 565 (2007).
[CrossRef]

G. C. Bjorklund, M. D. Levenson, W. Lenth, and C. Ortiz, Appl. Phys. B 32, 145 (1983).
[CrossRef]

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

I. Goykhman, B. Desiatov, and U. Levy, Appl. Phys. Lett. 97, 081108 (2010).
[CrossRef]

IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.

A. Yalcin, K. C. Popat, J. C. Aldridge, T. A. Desai, J. Hryniewicz, N. Chbouki, B. E. Little, O. King, V. Van, S. Chu, D. Gill, M. Anthes-Washburn, M. S. Unlu, and B. B. Goldberg, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 148 (2006).
[CrossRef]

J. Biophotonics

N. Jokerst, M. Royal, S. Palit, L. Luan, S. Dhar, and T. Tyler, J. Biophotonics 2, 212 (2009).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Phys. Rev. Lett.

P. Del’Haye, O. Arcizet, A. Schliesser, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 101, 053903 (2008).
[CrossRef]

Rev. Sci. Instrum.

K. C. Neuman and S. M. Block, Rev. Sci. Instrum. 75, 2787 (2004).
[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.

Schematic representation of the experimental setup.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) Two resonance curves corresponding to a temperature difference of ~1°C. (b) Wavelength detuning as a function of temperature detuning.

Fig. 3.
Fig. 3.

(a) Thermistor measurement as a function of time. (b) Integrator signal as function of time, while servo loop is closed.

Metrics