Abstract

We experimentally demonstrate the post-fabrication trimming of polymer-coated athermal silicon waveguides by exploiting the photosensitivity of As2S3 chalcogenide glass to near-bandgap visible light. Our technique enables compensation of fabrication tolerances and modification of specific circuit functionalities after fabrication. Moreover, our athermal and trimmable waveguide technology is highly resilient to high optical power, and thus extremely appealing for nonlinear applications. Finally, it enables to fix the absolute wavelength and spectral response of silicon devices with extremely low dependence from temperature and power.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. Gnan, S. Thoms, D. S. Macintyre, R. M. De La Rue, and M. Sorel, Electron. Lett. 44, 115 (2008).
    [CrossRef]
  2. K. Padmaraju and K. Bergman, Nanophotonics 2, 1 (2013).
  3. J. Sun, E. Timurdogan, A. Yaacobi, E. S. Hosseini, and M. R. Watts, Nature 493, 195 (2013).
    [CrossRef]
  4. Y. Kokubun, N. Funato, and M. Takizawa, IEEE Photon. Technol. Lett. 5, 1297 (1993).
    [CrossRef]
  5. Y. Kokubun, S. Yoneda, and S. Matsuura, Electron. Lett. 34, 367 (1998).
    [CrossRef]
  6. J. M. Lee, D. J. Kim, H. Ahn, S. H. Park, and G. Kim, J. Lightwave Technol. 25, 2236 (2007).
    [CrossRef]
  7. V. Raghunathan, W. N. Ye, J. Hu, T. Izuhara, J. Michel, and L. C. Kimerling, Opt. Express 18, 17631 (2010).
    [CrossRef]
  8. 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]
  9. L. Zhou, K. Okamoto, and S. J. B. Yoo, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 1175 (2009).
    [CrossRef]
  10. A. van Popta, R. DeCorby, C. Haugen, T. Robinson, J. McMullin, D. Tonchev, and S. Kasap, Opt. Express 10, 639 (2002).
    [CrossRef]
  11. A. Canciamilla, F. Morichetti, S. Grillanda, P. Velha, M. Sorel, V. Singh, A. Agarwal, L. C. Kimerling, and A. Melloni, Opt. Express 20, 15807 (2012).
    [CrossRef]
  12. D. K. Sparacin, R. Sun, A. M. Agarwal, M. A. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. J. Conway, A. T. Pomerene, D. N. Carothers, M. J. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, in 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics (IEEE, 2006), pp. 255–257.
  13. J. Hu, N. Carlie, L. Petit, A. Agarwal, K. Richardson, and L. C. Kimerling, Opt. Lett. 33, 761 (2008).
    [CrossRef]
  14. A. Canciamilla, S. Grillanda, F. Morichetti, C. Ferrari, J. Hu, J. D. Musgraves, K. Richardson, A. Agarwal, L. C. Kimerling, and A. Melloni, Opt. Lett. 36, 4002 (2011).
    [CrossRef]
  15. K. Tanaka, Phys. Rev. B 57, 5163 (1998).
    [CrossRef]
  16. Z. Yang, N. C. Anheier, H. A. Qiao, and P. Lucas, J. Phys. D 42, 135412 (2009).
    [CrossRef]
  17. L. W. Luo, G. S. Wiederhecker, K. Preston, and M. Lipson, Opt. Lett. 37, 590 (2012).
    [CrossRef]

2013 (2)

K. Padmaraju and K. Bergman, Nanophotonics 2, 1 (2013).

J. Sun, E. Timurdogan, A. Yaacobi, E. S. Hosseini, and M. R. Watts, Nature 493, 195 (2013).
[CrossRef]

2012 (2)

2011 (1)

2010 (2)

V. Raghunathan, W. N. Ye, J. Hu, T. Izuhara, J. Michel, and L. C. Kimerling, Opt. Express 18, 17631 (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]

2009 (2)

L. Zhou, K. Okamoto, and S. J. B. Yoo, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 1175 (2009).
[CrossRef]

Z. Yang, N. C. Anheier, H. A. Qiao, and P. Lucas, J. Phys. D 42, 135412 (2009).
[CrossRef]

2008 (2)

J. Hu, N. Carlie, L. Petit, A. Agarwal, K. Richardson, and L. C. Kimerling, Opt. Lett. 33, 761 (2008).
[CrossRef]

M. Gnan, S. Thoms, D. S. Macintyre, R. M. De La Rue, and M. Sorel, Electron. Lett. 44, 115 (2008).
[CrossRef]

2007 (1)

2002 (1)

1998 (2)

Y. Kokubun, S. Yoneda, and S. Matsuura, Electron. Lett. 34, 367 (1998).
[CrossRef]

K. Tanaka, Phys. Rev. B 57, 5163 (1998).
[CrossRef]

1993 (1)

Y. Kokubun, N. Funato, and M. Takizawa, IEEE Photon. Technol. Lett. 5, 1297 (1993).
[CrossRef]

Agarwal, A.

Agarwal, A. M.

D. K. Sparacin, R. Sun, A. M. Agarwal, M. A. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. J. Conway, A. T. Pomerene, D. N. Carothers, M. J. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, in 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics (IEEE, 2006), pp. 255–257.

Ahn, H.

Anheier, N. C.

Z. Yang, N. C. Anheier, H. A. Qiao, and P. Lucas, J. Phys. D 42, 135412 (2009).
[CrossRef]

Beals, M. A.

D. K. Sparacin, R. Sun, A. M. Agarwal, M. A. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. J. Conway, A. T. Pomerene, D. N. Carothers, M. J. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, in 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics (IEEE, 2006), pp. 255–257.

Bergman, K.

K. Padmaraju and K. Bergman, Nanophotonics 2, 1 (2013).

Canciamilla, A.

Carlie, N.

Carothers, D. N.

D. K. Sparacin, R. Sun, A. M. Agarwal, M. A. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. J. Conway, A. T. Pomerene, D. N. Carothers, M. J. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, in 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics (IEEE, 2006), pp. 255–257.

Conway, T. J.

D. K. Sparacin, R. Sun, A. M. Agarwal, M. A. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. J. Conway, A. T. Pomerene, D. N. Carothers, M. J. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, in 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics (IEEE, 2006), pp. 255–257.

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]

M. Gnan, S. Thoms, D. S. Macintyre, R. M. De La Rue, and M. Sorel, Electron. Lett. 44, 115 (2008).
[CrossRef]

DeCorby, R.

Ferrari, C.

A. Canciamilla, S. Grillanda, F. Morichetti, C. Ferrari, J. Hu, J. D. Musgraves, K. Richardson, A. Agarwal, L. C. Kimerling, and A. Melloni, Opt. Lett. 36, 4002 (2011).
[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]

Funato, N.

Y. Kokubun, N. Funato, and M. Takizawa, IEEE Photon. Technol. Lett. 5, 1297 (1993).
[CrossRef]

Gill, D. M.

D. K. Sparacin, R. Sun, A. M. Agarwal, M. A. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. J. Conway, A. T. Pomerene, D. N. Carothers, M. J. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, in 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics (IEEE, 2006), pp. 255–257.

Gnan, M.

M. Gnan, S. Thoms, D. S. Macintyre, R. M. De La Rue, and M. Sorel, Electron. Lett. 44, 115 (2008).
[CrossRef]

Grillanda, S.

Grove, M. J.

D. K. Sparacin, R. Sun, A. M. Agarwal, M. A. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. J. Conway, A. T. Pomerene, D. N. Carothers, M. J. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, in 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics (IEEE, 2006), pp. 255–257.

Haugen, C.

Hosseini, E. S.

J. Sun, E. Timurdogan, A. Yaacobi, E. S. Hosseini, and M. R. Watts, Nature 493, 195 (2013).
[CrossRef]

Hu, J.

Izuhara, T.

Kasap, S.

Kim, D. J.

Kim, G.

Kimerling, L. C.

Kokubun, Y.

Y. Kokubun, S. Yoneda, and S. Matsuura, Electron. Lett. 34, 367 (1998).
[CrossRef]

Y. Kokubun, N. Funato, and M. Takizawa, IEEE Photon. Technol. Lett. 5, 1297 (1993).
[CrossRef]

Lee, J. M.

Lipson, M.

Lucas, P.

Z. Yang, N. C. Anheier, H. A. Qiao, and P. Lucas, J. Phys. D 42, 135412 (2009).
[CrossRef]

Luo, L. W.

Macintyre, D. S.

M. Gnan, S. Thoms, D. S. Macintyre, R. M. De La Rue, and M. Sorel, Electron. Lett. 44, 115 (2008).
[CrossRef]

Matsuura, S.

Y. Kokubun, S. Yoneda, and S. Matsuura, Electron. Lett. 34, 367 (1998).
[CrossRef]

McMullin, J.

Melloni, A.

Michel, J.

V. Raghunathan, W. N. Ye, J. Hu, T. Izuhara, J. Michel, and L. C. Kimerling, Opt. Express 18, 17631 (2010).
[CrossRef]

D. K. Sparacin, R. Sun, A. M. Agarwal, M. A. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. J. Conway, A. T. Pomerene, D. N. Carothers, M. J. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, in 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics (IEEE, 2006), pp. 255–257.

Morichetti, F.

Musgraves, J. D.

Okamoto, K.

L. Zhou, K. Okamoto, and S. J. B. Yoo, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 1175 (2009).
[CrossRef]

Padmaraju, K.

K. Padmaraju and K. Bergman, Nanophotonics 2, 1 (2013).

Park, S. H.

Patel, S. S.

D. K. Sparacin, R. Sun, A. M. Agarwal, M. A. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. J. Conway, A. T. Pomerene, D. N. Carothers, M. J. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, in 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics (IEEE, 2006), pp. 255–257.

Petit, L.

Pomerene, A. T.

D. K. Sparacin, R. Sun, A. M. Agarwal, M. A. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. J. Conway, A. T. Pomerene, D. N. Carothers, M. J. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, in 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics (IEEE, 2006), pp. 255–257.

Preston, K.

Qiao, H. A.

Z. Yang, N. C. Anheier, H. A. Qiao, and P. Lucas, J. Phys. D 42, 135412 (2009).
[CrossRef]

Raghunathan, V.

Rasras, M. S.

D. K. Sparacin, R. Sun, A. M. Agarwal, M. A. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. J. Conway, A. T. Pomerene, D. N. Carothers, M. J. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, in 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics (IEEE, 2006), pp. 255–257.

Richardson, K.

Robinson, T.

Samarelli, A.

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]

Singh, V.

Sorel, M.

A. Canciamilla, F. Morichetti, S. Grillanda, P. Velha, M. Sorel, V. Singh, A. Agarwal, L. C. Kimerling, and A. Melloni, Opt. Express 20, 15807 (2012).
[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]

M. Gnan, S. Thoms, D. S. Macintyre, R. M. De La Rue, and M. Sorel, Electron. Lett. 44, 115 (2008).
[CrossRef]

Sparacin, D. K.

D. K. Sparacin, R. Sun, A. M. Agarwal, M. A. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. J. Conway, A. T. Pomerene, D. N. Carothers, M. J. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, in 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics (IEEE, 2006), pp. 255–257.

Sun, J.

J. Sun, E. Timurdogan, A. Yaacobi, E. S. Hosseini, and M. R. Watts, Nature 493, 195 (2013).
[CrossRef]

Sun, R.

D. K. Sparacin, R. Sun, A. M. Agarwal, M. A. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. J. Conway, A. T. Pomerene, D. N. Carothers, M. J. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, in 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics (IEEE, 2006), pp. 255–257.

Takizawa, M.

Y. Kokubun, N. Funato, and M. Takizawa, IEEE Photon. Technol. Lett. 5, 1297 (1993).
[CrossRef]

Tanaka, K.

K. Tanaka, Phys. Rev. B 57, 5163 (1998).
[CrossRef]

Thoms, S.

M. Gnan, S. Thoms, D. S. Macintyre, R. M. De La Rue, and M. Sorel, Electron. Lett. 44, 115 (2008).
[CrossRef]

Timurdogan, E.

J. Sun, E. Timurdogan, A. Yaacobi, E. S. Hosseini, and M. R. Watts, Nature 493, 195 (2013).
[CrossRef]

Tonchev, D.

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]

van Popta, A.

Velha, P.

Watts, M. R.

J. Sun, E. Timurdogan, A. Yaacobi, E. S. Hosseini, and M. R. Watts, Nature 493, 195 (2013).
[CrossRef]

White, A. E.

D. K. Sparacin, R. Sun, A. M. Agarwal, M. A. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. J. Conway, A. T. Pomerene, D. N. Carothers, M. J. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, in 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics (IEEE, 2006), pp. 255–257.

Wiederhecker, G. S.

Yaacobi, A.

J. Sun, E. Timurdogan, A. Yaacobi, E. S. Hosseini, and M. R. Watts, Nature 493, 195 (2013).
[CrossRef]

Yang, Z.

Z. Yang, N. C. Anheier, H. A. Qiao, and P. Lucas, J. Phys. D 42, 135412 (2009).
[CrossRef]

Ye, W. N.

Yoneda, S.

Y. Kokubun, S. Yoneda, and S. Matsuura, Electron. Lett. 34, 367 (1998).
[CrossRef]

Yoo, S. J. B.

L. Zhou, K. Okamoto, and S. J. B. Yoo, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 1175 (2009).
[CrossRef]

Zhou, L.

L. Zhou, K. Okamoto, and S. J. B. Yoo, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 1175 (2009).
[CrossRef]

Electron. Lett. (2)

M. Gnan, S. Thoms, D. S. Macintyre, R. M. De La Rue, and M. Sorel, Electron. Lett. 44, 115 (2008).
[CrossRef]

Y. Kokubun, S. Yoneda, and S. Matsuura, Electron. Lett. 34, 367 (1998).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett. (2)

L. Zhou, K. Okamoto, and S. J. B. Yoo, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 1175 (2009).
[CrossRef]

Y. Kokubun, N. Funato, and M. Takizawa, IEEE Photon. Technol. Lett. 5, 1297 (1993).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol. (1)

J. Opt. (1)

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. Phys. D (1)

Z. Yang, N. C. Anheier, H. A. Qiao, and P. Lucas, J. Phys. D 42, 135412 (2009).
[CrossRef]

Nanophotonics (1)

K. Padmaraju and K. Bergman, Nanophotonics 2, 1 (2013).

Nature (1)

J. Sun, E. Timurdogan, A. Yaacobi, E. S. Hosseini, and M. R. Watts, Nature 493, 195 (2013).
[CrossRef]

Opt. Express (3)

Opt. Lett. (3)

Phys. Rev. B (1)

K. Tanaka, Phys. Rev. B 57, 5163 (1998).
[CrossRef]

Other (1)

D. K. Sparacin, R. Sun, A. M. Agarwal, M. A. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. J. Conway, A. T. Pomerene, D. N. Carothers, M. J. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, in 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics (IEEE, 2006), pp. 255–257.

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.

(a) Schematic of the cross section of the athermal and trimmable waveguide; materials and refractive indices are indicated. (b) Profile of the major electric field component of the TM mode of the athermal and trimmable waveguide.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) Visible light induced trimming of the resonant wavelength of an athermal and trimmable ring resonator from the as-fabricated condition (blue solid line) to 1 FSR (black dashed line). (b) Athermal performance Δλ/ΔT of the athermal and trimmable ring resonator, in the temperature range of 20–40°C, before (blue circle markers) and after (red square markers) a 10 nm wide trimming of its resonant wavelength; the black solid line indicates a linear fit of the experimental points.

Fig. 3.
Fig. 3.

Resonance wavelength shift of athermal and trimmable resonators with different As2S3 thicknesses—tChG=20, 30, and 50 nm—when exposed to a constant visible light intensity of 10mW/cm2 for 60 min.

Fig. 4.
Fig. 4.

Measured transmission of (a) athermal and trimmable and (b) non-athermal ring resonators for increasing local power stored in the cavity at the resonant wavelength. (c) Measured resonance wavelength shift as a function of the local power for a non-athermal silica-coated a-Si resonator (green circle markers and solid line), a non-athermal silica-coated c-Si resonator (pink diamond markers and dashed line), and an athermal and trimmable resonator, at wavelengths of 1536 nm (red square markers and solid line) and 1576.8 nm (blue triangle markers and solid line).

Metrics