Abstract

An ultracompact polarization beam splitter (PBS) is proposed based on an asymmetrical directional coupler consisting of a silicon hybrid plasmonic waveguide (HPW) and a silicon nanowire. The widths of the two coupling waveguides are chosen so that the phase-matching condition is satisfied for TE polarization only while the phase mismatch is significant for TM polarization. A sharply bent silicon HPW is connected at the thru port to play the role of polarizer by utilizing its polarization-dependent loss. With the present principle, the designed PBS has a footprint as small as only ∼1.9  μm×3.7  μm, which is the shortest PBS reported until now, even when large waveguide dimensions (e.g., the waveguide widths w1,2=∼300  nm and the gap width wgap=∼200  nm) are chosen to simplify the fabrication process. The numerical simulations show that the designed PBS has a very broad band (∼120  nm) with an extinction ratio >12  dB and a large fabrication tolerance to allow a waveguide width variation of ±30  nm.

© 2013 Optical Society of America

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. D. Dai, L. Liu, S. Gao, D. Xu, and S. He, Laser Photon. Rev. 7, 303 (2013).
    [CrossRef]
  2. Y. Ma, Q. Yang, Y. Tang, S. Chen, and W. Shieh, Opt. Express 17, 9421 (2009).
    [CrossRef]
  3. L. Sansoni, F. Sciarrino, G. Vallone, P. Mataloni, A. Crespi, R. Ramponi, and R. Osellame, Phys. Rev. Lett. 105, 200503 (2010).
    [CrossRef]
  4. T. Barwicz, M. R. Watts, M. A. Popovic, P. T. Rakich, L. Socci, F. X. Kartner, E. P. Ippen, and H. I. Smith, Nat. Photonics 1, 57 (2007).
    [CrossRef]
  5. A. Katigbak, J. F. Strother, and J. Lin, Opt. Eng. 48, 080503 (2009).
    [CrossRef]
  6. B. Yang, S. Shin, and D. Zhang, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 432 (2009).
    [CrossRef]
  7. I. Kiyat, A. Aydinli, and N. Dagli, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 100 (2005).
    [CrossRef]
  8. X. Tu, S. S. N. Ang, A. B. Chew, J. Teng, and T. Mei, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1324 (2010).
    [CrossRef]
  9. D. Dai and J. Bowers, Opt. Express 19, 18614 (2011).
    [CrossRef]
  10. T. Yamazaki, H. Aono, J. Yamauchi, and H. Nakano, J. Lightwave Technol. 26, 3528 (2008).
    [CrossRef]
  11. L. B. Soldano, A. H. Vreede, M. K. Smit, B. H. Verbeek, E. G. Metaal, and F. H. Groen, IEEE Photon. Technol. Lett. 6, 402 (1994).
    [CrossRef]
  12. T. K. Liang and H. K. Tsang, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 393 (2005).
    [CrossRef]
  13. Y. Shi, D. Dai, and S. He, IEEE Photon. Technol. Lett. 19, 825 (2007).
    [CrossRef]
  14. X. Ao, L. Liu, L. Wosinski, and S. He, Appl. Phys. Lett. 89, 171115 (2006).
    [CrossRef]
  15. J. Xiao, X. Liu, and X. Sun, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 3748 (2008).
    [CrossRef]
  16. J. Feng and Z. Zhou, Opt. Lett. 32, 1662 (2007).
    [CrossRef]
  17. Z. Wang, Y. Tang, L. Wosinski, and S. He, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1568 (2010).
    [CrossRef]
  18. J. Wang, D. Liang, Y. Tang, D. Dai, and J. Bowers, Opt. Lett. 38, 4 (2013).
    [CrossRef]
  19. D. Dai, Z. Wang, and J. Bowers, Opt. Lett. 36, 2590 (2011).
    [CrossRef]
  20. S. Lin, J. Hu, and K. B. Crozier, Appl. Phys. Lett. 98, 151101 (2011).
    [CrossRef]
  21. F. Lou, D. Dai, and L. Wosinski, Opt. Lett. 37, 3372 (2012).
    [CrossRef]
  22. J. Chee, S. Zhu, and G. Q. Lo, Opt. Express 20, 25345 (2012).
    [CrossRef]
  23. R. F. Oulton, V. J. Sorger, D. A. Genov, D. F. P. Pile, and X. Zhang, Nat. Photonics 2, 496 (2008).
    [CrossRef]
  24. D. Dai and S. He, Opt. Express 17, 16646 (2009).
    [CrossRef]
  25. S. Kasarova, N. Sultanova, C. Ivanov, and I. Nikolov, Opt. Mater. 29, 1481 (2007).
    [CrossRef]
  26. D. Dai, Y. Shi, S. He, L. Wosinski, and L. Thylen, Opt. Express 19, 23671 (2011).
    [CrossRef]

2013 (2)

D. Dai, L. Liu, S. Gao, D. Xu, and S. He, Laser Photon. Rev. 7, 303 (2013).
[CrossRef]

J. Wang, D. Liang, Y. Tang, D. Dai, and J. Bowers, Opt. Lett. 38, 4 (2013).
[CrossRef]

2012 (2)

2011 (4)

2010 (3)

Z. Wang, Y. Tang, L. Wosinski, and S. He, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1568 (2010).
[CrossRef]

L. Sansoni, F. Sciarrino, G. Vallone, P. Mataloni, A. Crespi, R. Ramponi, and R. Osellame, Phys. Rev. Lett. 105, 200503 (2010).
[CrossRef]

X. Tu, S. S. N. Ang, A. B. Chew, J. Teng, and T. Mei, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1324 (2010).
[CrossRef]

2009 (4)

A. Katigbak, J. F. Strother, and J. Lin, Opt. Eng. 48, 080503 (2009).
[CrossRef]

B. Yang, S. Shin, and D. Zhang, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 432 (2009).
[CrossRef]

Y. Ma, Q. Yang, Y. Tang, S. Chen, and W. Shieh, Opt. Express 17, 9421 (2009).
[CrossRef]

D. Dai and S. He, Opt. Express 17, 16646 (2009).
[CrossRef]

2008 (3)

T. Yamazaki, H. Aono, J. Yamauchi, and H. Nakano, J. Lightwave Technol. 26, 3528 (2008).
[CrossRef]

J. Xiao, X. Liu, and X. Sun, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 3748 (2008).
[CrossRef]

R. F. Oulton, V. J. Sorger, D. A. Genov, D. F. P. Pile, and X. Zhang, Nat. Photonics 2, 496 (2008).
[CrossRef]

2007 (4)

S. Kasarova, N. Sultanova, C. Ivanov, and I. Nikolov, Opt. Mater. 29, 1481 (2007).
[CrossRef]

J. Feng and Z. Zhou, Opt. Lett. 32, 1662 (2007).
[CrossRef]

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

Y. Shi, D. Dai, and S. He, IEEE Photon. Technol. Lett. 19, 825 (2007).
[CrossRef]

2006 (1)

X. Ao, L. Liu, L. Wosinski, and S. He, Appl. Phys. Lett. 89, 171115 (2006).
[CrossRef]

2005 (2)

I. Kiyat, A. Aydinli, and N. Dagli, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 100 (2005).
[CrossRef]

T. K. Liang and H. K. Tsang, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 393 (2005).
[CrossRef]

1994 (1)

L. B. Soldano, A. H. Vreede, M. K. Smit, B. H. Verbeek, E. G. Metaal, and F. H. Groen, IEEE Photon. Technol. Lett. 6, 402 (1994).
[CrossRef]

Ang, S. S. N.

X. Tu, S. S. N. Ang, A. B. Chew, J. Teng, and T. Mei, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1324 (2010).
[CrossRef]

Ao, X.

X. Ao, L. Liu, L. Wosinski, and S. He, Appl. Phys. Lett. 89, 171115 (2006).
[CrossRef]

Aono, H.

Aydinli, A.

I. Kiyat, A. Aydinli, and N. Dagli, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 100 (2005).
[CrossRef]

Barwicz, T.

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

Bowers, J.

Chee, J.

Chen, S.

Chew, A. B.

X. Tu, S. S. N. Ang, A. B. Chew, J. Teng, and T. Mei, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1324 (2010).
[CrossRef]

Crespi, A.

L. Sansoni, F. Sciarrino, G. Vallone, P. Mataloni, A. Crespi, R. Ramponi, and R. Osellame, Phys. Rev. Lett. 105, 200503 (2010).
[CrossRef]

Crozier, K. B.

S. Lin, J. Hu, and K. B. Crozier, Appl. Phys. Lett. 98, 151101 (2011).
[CrossRef]

Dagli, N.

I. Kiyat, A. Aydinli, and N. Dagli, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 100 (2005).
[CrossRef]

Dai, D.

Feng, J.

Gao, S.

D. Dai, L. Liu, S. Gao, D. Xu, and S. He, Laser Photon. Rev. 7, 303 (2013).
[CrossRef]

Genov, D. A.

R. F. Oulton, V. J. Sorger, D. A. Genov, D. F. P. Pile, and X. Zhang, Nat. Photonics 2, 496 (2008).
[CrossRef]

Groen, F. H.

L. B. Soldano, A. H. Vreede, M. K. Smit, B. H. Verbeek, E. G. Metaal, and F. H. Groen, IEEE Photon. Technol. Lett. 6, 402 (1994).
[CrossRef]

He, S.

D. Dai, L. Liu, S. Gao, D. Xu, and S. He, Laser Photon. Rev. 7, 303 (2013).
[CrossRef]

D. Dai, Y. Shi, S. He, L. Wosinski, and L. Thylen, Opt. Express 19, 23671 (2011).
[CrossRef]

Z. Wang, Y. Tang, L. Wosinski, and S. He, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1568 (2010).
[CrossRef]

D. Dai and S. He, Opt. Express 17, 16646 (2009).
[CrossRef]

Y. Shi, D. Dai, and S. He, IEEE Photon. Technol. Lett. 19, 825 (2007).
[CrossRef]

X. Ao, L. Liu, L. Wosinski, and S. He, Appl. Phys. Lett. 89, 171115 (2006).
[CrossRef]

Hu, J.

S. Lin, J. Hu, and K. B. Crozier, Appl. Phys. Lett. 98, 151101 (2011).
[CrossRef]

Ippen, E. P.

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

Ivanov, C.

S. Kasarova, N. Sultanova, C. Ivanov, and I. Nikolov, Opt. Mater. 29, 1481 (2007).
[CrossRef]

Kartner, F. X.

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

Kasarova, S.

S. Kasarova, N. Sultanova, C. Ivanov, and I. Nikolov, Opt. Mater. 29, 1481 (2007).
[CrossRef]

Katigbak, A.

A. Katigbak, J. F. Strother, and J. Lin, Opt. Eng. 48, 080503 (2009).
[CrossRef]

Kiyat, I.

I. Kiyat, A. Aydinli, and N. Dagli, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 100 (2005).
[CrossRef]

Liang, D.

Liang, T. K.

T. K. Liang and H. K. Tsang, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 393 (2005).
[CrossRef]

Lin, J.

A. Katigbak, J. F. Strother, and J. Lin, Opt. Eng. 48, 080503 (2009).
[CrossRef]

Lin, S.

S. Lin, J. Hu, and K. B. Crozier, Appl. Phys. Lett. 98, 151101 (2011).
[CrossRef]

Liu, L.

D. Dai, L. Liu, S. Gao, D. Xu, and S. He, Laser Photon. Rev. 7, 303 (2013).
[CrossRef]

X. Ao, L. Liu, L. Wosinski, and S. He, Appl. Phys. Lett. 89, 171115 (2006).
[CrossRef]

Liu, X.

J. Xiao, X. Liu, and X. Sun, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 3748 (2008).
[CrossRef]

Lo, G. Q.

Lou, F.

Ma, Y.

Mataloni, P.

L. Sansoni, F. Sciarrino, G. Vallone, P. Mataloni, A. Crespi, R. Ramponi, and R. Osellame, Phys. Rev. Lett. 105, 200503 (2010).
[CrossRef]

Mei, T.

X. Tu, S. S. N. Ang, A. B. Chew, J. Teng, and T. Mei, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1324 (2010).
[CrossRef]

Metaal, E. G.

L. B. Soldano, A. H. Vreede, M. K. Smit, B. H. Verbeek, E. G. Metaal, and F. H. Groen, IEEE Photon. Technol. Lett. 6, 402 (1994).
[CrossRef]

Nakano, H.

Nikolov, I.

S. Kasarova, N. Sultanova, C. Ivanov, and I. Nikolov, Opt. Mater. 29, 1481 (2007).
[CrossRef]

Osellame, R.

L. Sansoni, F. Sciarrino, G. Vallone, P. Mataloni, A. Crespi, R. Ramponi, and R. Osellame, Phys. Rev. Lett. 105, 200503 (2010).
[CrossRef]

Oulton, R. F.

R. F. Oulton, V. J. Sorger, D. A. Genov, D. F. P. Pile, and X. Zhang, Nat. Photonics 2, 496 (2008).
[CrossRef]

Pile, D. F. P.

R. F. Oulton, V. J. Sorger, D. A. Genov, D. F. P. Pile, and X. Zhang, Nat. Photonics 2, 496 (2008).
[CrossRef]

Popovic, M. A.

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

Rakich, P. T.

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

Ramponi, R.

L. Sansoni, F. Sciarrino, G. Vallone, P. Mataloni, A. Crespi, R. Ramponi, and R. Osellame, Phys. Rev. Lett. 105, 200503 (2010).
[CrossRef]

Sansoni, L.

L. Sansoni, F. Sciarrino, G. Vallone, P. Mataloni, A. Crespi, R. Ramponi, and R. Osellame, Phys. Rev. Lett. 105, 200503 (2010).
[CrossRef]

Sciarrino, F.

L. Sansoni, F. Sciarrino, G. Vallone, P. Mataloni, A. Crespi, R. Ramponi, and R. Osellame, Phys. Rev. Lett. 105, 200503 (2010).
[CrossRef]

Shi, Y.

D. Dai, Y. Shi, S. He, L. Wosinski, and L. Thylen, Opt. Express 19, 23671 (2011).
[CrossRef]

Y. Shi, D. Dai, and S. He, IEEE Photon. Technol. Lett. 19, 825 (2007).
[CrossRef]

Shieh, W.

Shin, S.

B. Yang, S. Shin, and D. Zhang, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 432 (2009).
[CrossRef]

Smit, M. K.

L. B. Soldano, A. H. Vreede, M. K. Smit, B. H. Verbeek, E. G. Metaal, and F. H. Groen, IEEE Photon. Technol. Lett. 6, 402 (1994).
[CrossRef]

Smith, H. I.

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

Socci, L.

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

Soldano, L. B.

L. B. Soldano, A. H. Vreede, M. K. Smit, B. H. Verbeek, E. G. Metaal, and F. H. Groen, IEEE Photon. Technol. Lett. 6, 402 (1994).
[CrossRef]

Sorger, V. J.

R. F. Oulton, V. J. Sorger, D. A. Genov, D. F. P. Pile, and X. Zhang, Nat. Photonics 2, 496 (2008).
[CrossRef]

Strother, J. F.

A. Katigbak, J. F. Strother, and J. Lin, Opt. Eng. 48, 080503 (2009).
[CrossRef]

Sultanova, N.

S. Kasarova, N. Sultanova, C. Ivanov, and I. Nikolov, Opt. Mater. 29, 1481 (2007).
[CrossRef]

Sun, X.

J. Xiao, X. Liu, and X. Sun, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 3748 (2008).
[CrossRef]

Tang, Y.

Teng, J.

X. Tu, S. S. N. Ang, A. B. Chew, J. Teng, and T. Mei, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1324 (2010).
[CrossRef]

Thylen, L.

Tsang, H. K.

T. K. Liang and H. K. Tsang, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 393 (2005).
[CrossRef]

Tu, X.

X. Tu, S. S. N. Ang, A. B. Chew, J. Teng, and T. Mei, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1324 (2010).
[CrossRef]

Vallone, G.

L. Sansoni, F. Sciarrino, G. Vallone, P. Mataloni, A. Crespi, R. Ramponi, and R. Osellame, Phys. Rev. Lett. 105, 200503 (2010).
[CrossRef]

Verbeek, B. H.

L. B. Soldano, A. H. Vreede, M. K. Smit, B. H. Verbeek, E. G. Metaal, and F. H. Groen, IEEE Photon. Technol. Lett. 6, 402 (1994).
[CrossRef]

Vreede, A. H.

L. B. Soldano, A. H. Vreede, M. K. Smit, B. H. Verbeek, E. G. Metaal, and F. H. Groen, IEEE Photon. Technol. Lett. 6, 402 (1994).
[CrossRef]

Wang, J.

Wang, Z.

D. Dai, Z. Wang, and J. Bowers, Opt. Lett. 36, 2590 (2011).
[CrossRef]

Z. Wang, Y. Tang, L. Wosinski, and S. He, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1568 (2010).
[CrossRef]

Watts, M. R.

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

Wosinski, L.

F. Lou, D. Dai, and L. Wosinski, Opt. Lett. 37, 3372 (2012).
[CrossRef]

D. Dai, Y. Shi, S. He, L. Wosinski, and L. Thylen, Opt. Express 19, 23671 (2011).
[CrossRef]

Z. Wang, Y. Tang, L. Wosinski, and S. He, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1568 (2010).
[CrossRef]

X. Ao, L. Liu, L. Wosinski, and S. He, Appl. Phys. Lett. 89, 171115 (2006).
[CrossRef]

Xiao, J.

J. Xiao, X. Liu, and X. Sun, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 3748 (2008).
[CrossRef]

Xu, D.

D. Dai, L. Liu, S. Gao, D. Xu, and S. He, Laser Photon. Rev. 7, 303 (2013).
[CrossRef]

Yamauchi, J.

Yamazaki, T.

Yang, B.

B. Yang, S. Shin, and D. Zhang, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 432 (2009).
[CrossRef]

Yang, Q.

Zhang, D.

B. Yang, S. Shin, and D. Zhang, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 432 (2009).
[CrossRef]

Zhang, X.

R. F. Oulton, V. J. Sorger, D. A. Genov, D. F. P. Pile, and X. Zhang, Nat. Photonics 2, 496 (2008).
[CrossRef]

Zhou, Z.

Zhu, S.

Appl. Phys. Lett. (2)

X. Ao, L. Liu, L. Wosinski, and S. He, Appl. Phys. Lett. 89, 171115 (2006).
[CrossRef]

S. Lin, J. Hu, and K. B. Crozier, Appl. Phys. Lett. 98, 151101 (2011).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett. (7)

Z. Wang, Y. Tang, L. Wosinski, and S. He, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1568 (2010).
[CrossRef]

B. Yang, S. Shin, and D. Zhang, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 432 (2009).
[CrossRef]

I. Kiyat, A. Aydinli, and N. Dagli, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 100 (2005).
[CrossRef]

X. Tu, S. S. N. Ang, A. B. Chew, J. Teng, and T. Mei, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1324 (2010).
[CrossRef]

L. B. Soldano, A. H. Vreede, M. K. Smit, B. H. Verbeek, E. G. Metaal, and F. H. Groen, IEEE Photon. Technol. Lett. 6, 402 (1994).
[CrossRef]

T. K. Liang and H. K. Tsang, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 393 (2005).
[CrossRef]

Y. Shi, D. Dai, and S. He, IEEE Photon. Technol. Lett. 19, 825 (2007).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol. (1)

Jpn. J. Appl. Phys. (1)

J. Xiao, X. Liu, and X. Sun, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 3748 (2008).
[CrossRef]

Laser Photon. Rev. (1)

D. Dai, L. Liu, S. Gao, D. Xu, and S. He, Laser Photon. Rev. 7, 303 (2013).
[CrossRef]

Nat. Photonics (2)

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

R. F. Oulton, V. J. Sorger, D. A. Genov, D. F. P. Pile, and X. Zhang, Nat. Photonics 2, 496 (2008).
[CrossRef]

Opt. Eng. (1)

A. Katigbak, J. F. Strother, and J. Lin, Opt. Eng. 48, 080503 (2009).
[CrossRef]

Opt. Express (5)

Opt. Lett. (4)

Opt. Mater. (1)

S. Kasarova, N. Sultanova, C. Ivanov, and I. Nikolov, Opt. Mater. 29, 1481 (2007).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (1)

L. Sansoni, F. Sciarrino, G. Vallone, P. Mataloni, A. Crespi, R. Ramponi, and R. Osellame, Phys. Rev. Lett. 105, 200503 (2010).
[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.


Metrics