Abstract

We demonstrate the fabrication of photonic crystal (PhC) cavities on optical nanofibers using femtosecond laser ablation. PhC cavities with cavity lengths varying from 0.54 to 3.43 mm are fabricated by controlling the profile of the nanocrater array formed on the nanofiber. Such PhC cavities show high transmission of 87% for a finesse of 39. For higher finesse values from 150 to 500, the transmission can still be maintained at 20%–25%. Due to the strong confinement of the field and the efficient coupling to single-mode optical fibers, such nanofiber-based PhC cavities may become an interface between quantum and classical networks.

© 2014 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. Vuckovic, M. Loncar, H. Mabuchi, and A. Scherer, Phys. Rev. E 65, 016608 (2001).
    [CrossRef]
  2. J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. P. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
    [CrossRef]
  3. P. B. Deotare, M. W. McCutcheon, I. W. Frank, M. Khan, and M. Loncar, Appl. Phys. Lett. 94, 121106 (2009).
    [CrossRef]
  4. O. J. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
    [CrossRef]
  5. M. Loncar, A. Scherer, and Y. Qiu, Appl. Phys. Lett. 82, 4648 (2003).
    [CrossRef]
  6. T. Tanabe, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, and E. Kuramochi, Appl. Phys. Lett. 87, 151112 (2005).
    [CrossRef]
  7. T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).
    [CrossRef]
  8. F. L. Kien, S. Dutta Gupta, V. I. Balykin, and K. Hakuta, Phys. Rev. A 72, 032509 (2005).
    [CrossRef]
  9. K. P. Nayak, P. N. Melentiev, M. Morinaga, F. L. Kien, V. I. Balykin, and K. Hakuta, Opt. Express 15, 5431 (2007).
    [CrossRef]
  10. K. P. Nayak and K. Hakuta, New J. Phys. 10, 053003 (2008).
    [CrossRef]
  11. K. P. Nayak, F. L. Kien, M. Morinaga, and K. Hakuta, Phys. Rev. A 79, 021801 (2009).
    [CrossRef]
  12. R. Yalla, K. P. Nayak, and K. Hakuta, Opt. Express 20, 2932 (2012).
    [CrossRef]
  13. R. Yalla, F. L. Kien, M. Morinaga, and K. Hakuta, Phys. Rev. Lett. 109, 063602 (2012).
    [CrossRef]
  14. F. L. Kien and K. Hakuta, Phys. Rev. A 80, 053826 (2009).
    [CrossRef]
  15. K. P. Nayak, F. L. Kien, Y. Kawai, K. Hakuta, K. Nakajima, H. T. Miyazaki, and Y. Sugimoto, Opt. Express 19, 14040 (2011).
    [CrossRef]
  16. F. L. Kien, K. P. Nayak, and K. Hakuta, J. Modern Opt. 59, 274 (2012).
    [CrossRef]
  17. K. P. Nayak and K. Hakuta, Opt. Express 21, 2480 (2013).
    [CrossRef]
  18. Q. Quan, P. B. Deotare, and M. Loncar, Appl. Phys. Lett. 96, 203102 (2010).
    [CrossRef]

2013 (1)

2012 (3)

R. Yalla, F. L. Kien, M. Morinaga, and K. Hakuta, Phys. Rev. Lett. 109, 063602 (2012).
[CrossRef]

F. L. Kien, K. P. Nayak, and K. Hakuta, J. Modern Opt. 59, 274 (2012).
[CrossRef]

R. Yalla, K. P. Nayak, and K. Hakuta, Opt. Express 20, 2932 (2012).
[CrossRef]

2011 (1)

2010 (1)

Q. Quan, P. B. Deotare, and M. Loncar, Appl. Phys. Lett. 96, 203102 (2010).
[CrossRef]

2009 (3)

F. L. Kien and K. Hakuta, Phys. Rev. A 80, 053826 (2009).
[CrossRef]

K. P. Nayak, F. L. Kien, M. Morinaga, and K. Hakuta, Phys. Rev. A 79, 021801 (2009).
[CrossRef]

P. B. Deotare, M. W. McCutcheon, I. W. Frank, M. Khan, and M. Loncar, Appl. Phys. Lett. 94, 121106 (2009).
[CrossRef]

2008 (1)

K. P. Nayak and K. Hakuta, New J. Phys. 10, 053003 (2008).
[CrossRef]

2007 (1)

2005 (2)

T. Tanabe, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, and E. Kuramochi, Appl. Phys. Lett. 87, 151112 (2005).
[CrossRef]

F. L. Kien, S. Dutta Gupta, V. I. Balykin, and K. Hakuta, Phys. Rev. A 72, 032509 (2005).
[CrossRef]

2004 (1)

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).
[CrossRef]

2003 (1)

M. Loncar, A. Scherer, and Y. Qiu, Appl. Phys. Lett. 82, 4648 (2003).
[CrossRef]

2001 (1)

J. Vuckovic, M. Loncar, H. Mabuchi, and A. Scherer, Phys. Rev. E 65, 016608 (2001).
[CrossRef]

1999 (1)

O. J. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[CrossRef]

1997 (1)

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. P. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[CrossRef]

Balykin, V. I.

K. P. Nayak, P. N. Melentiev, M. Morinaga, F. L. Kien, V. I. Balykin, and K. Hakuta, Opt. Express 15, 5431 (2007).
[CrossRef]

F. L. Kien, S. Dutta Gupta, V. I. Balykin, and K. Hakuta, Phys. Rev. A 72, 032509 (2005).
[CrossRef]

Dapkus, P. D.

O. J. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[CrossRef]

Deotare, P. B.

Q. Quan, P. B. Deotare, and M. Loncar, Appl. Phys. Lett. 96, 203102 (2010).
[CrossRef]

P. B. Deotare, M. W. McCutcheon, I. W. Frank, M. Khan, and M. Loncar, Appl. Phys. Lett. 94, 121106 (2009).
[CrossRef]

Deppe, D. G.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).
[CrossRef]

Dutta Gupta, S.

F. L. Kien, S. Dutta Gupta, V. I. Balykin, and K. Hakuta, Phys. Rev. A 72, 032509 (2005).
[CrossRef]

Ell, C.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).
[CrossRef]

Fan, S.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. P. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[CrossRef]

Ferrera, J.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. P. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[CrossRef]

Foresi, J. S.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. P. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[CrossRef]

Frank, I. W.

P. B. Deotare, M. W. McCutcheon, I. W. Frank, M. Khan, and M. Loncar, Appl. Phys. Lett. 94, 121106 (2009).
[CrossRef]

Gibbs, H. M.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).
[CrossRef]

Hakuta, K.

K. P. Nayak and K. Hakuta, Opt. Express 21, 2480 (2013).
[CrossRef]

R. Yalla, K. P. Nayak, and K. Hakuta, Opt. Express 20, 2932 (2012).
[CrossRef]

F. L. Kien, K. P. Nayak, and K. Hakuta, J. Modern Opt. 59, 274 (2012).
[CrossRef]

R. Yalla, F. L. Kien, M. Morinaga, and K. Hakuta, Phys. Rev. Lett. 109, 063602 (2012).
[CrossRef]

K. P. Nayak, F. L. Kien, Y. Kawai, K. Hakuta, K. Nakajima, H. T. Miyazaki, and Y. Sugimoto, Opt. Express 19, 14040 (2011).
[CrossRef]

F. L. Kien and K. Hakuta, Phys. Rev. A 80, 053826 (2009).
[CrossRef]

K. P. Nayak, F. L. Kien, M. Morinaga, and K. Hakuta, Phys. Rev. A 79, 021801 (2009).
[CrossRef]

K. P. Nayak and K. Hakuta, New J. Phys. 10, 053003 (2008).
[CrossRef]

K. P. Nayak, P. N. Melentiev, M. Morinaga, F. L. Kien, V. I. Balykin, and K. Hakuta, Opt. Express 15, 5431 (2007).
[CrossRef]

F. L. Kien, S. Dutta Gupta, V. I. Balykin, and K. Hakuta, Phys. Rev. A 72, 032509 (2005).
[CrossRef]

Hendrickson, J.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).
[CrossRef]

Ippen, E. P.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. P. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[CrossRef]

Joannopoulos, J. D.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. P. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[CrossRef]

Kawai, Y.

Khan, M.

P. B. Deotare, M. W. McCutcheon, I. W. Frank, M. Khan, and M. Loncar, Appl. Phys. Lett. 94, 121106 (2009).
[CrossRef]

Khitrova, G.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).
[CrossRef]

Kien, F. L.

R. Yalla, F. L. Kien, M. Morinaga, and K. Hakuta, Phys. Rev. Lett. 109, 063602 (2012).
[CrossRef]

F. L. Kien, K. P. Nayak, and K. Hakuta, J. Modern Opt. 59, 274 (2012).
[CrossRef]

K. P. Nayak, F. L. Kien, Y. Kawai, K. Hakuta, K. Nakajima, H. T. Miyazaki, and Y. Sugimoto, Opt. Express 19, 14040 (2011).
[CrossRef]

F. L. Kien and K. Hakuta, Phys. Rev. A 80, 053826 (2009).
[CrossRef]

K. P. Nayak, F. L. Kien, M. Morinaga, and K. Hakuta, Phys. Rev. A 79, 021801 (2009).
[CrossRef]

K. P. Nayak, P. N. Melentiev, M. Morinaga, F. L. Kien, V. I. Balykin, and K. Hakuta, Opt. Express 15, 5431 (2007).
[CrossRef]

F. L. Kien, S. Dutta Gupta, V. I. Balykin, and K. Hakuta, Phys. Rev. A 72, 032509 (2005).
[CrossRef]

Kim, I.

O. J. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[CrossRef]

Kimerling, L. C.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. P. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[CrossRef]

Kuramochi, E.

T. Tanabe, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, and E. Kuramochi, Appl. Phys. Lett. 87, 151112 (2005).
[CrossRef]

Lee, R. K.

O. J. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[CrossRef]

Loncar, M.

Q. Quan, P. B. Deotare, and M. Loncar, Appl. Phys. Lett. 96, 203102 (2010).
[CrossRef]

P. B. Deotare, M. W. McCutcheon, I. W. Frank, M. Khan, and M. Loncar, Appl. Phys. Lett. 94, 121106 (2009).
[CrossRef]

M. Loncar, A. Scherer, and Y. Qiu, Appl. Phys. Lett. 82, 4648 (2003).
[CrossRef]

J. Vuckovic, M. Loncar, H. Mabuchi, and A. Scherer, Phys. Rev. E 65, 016608 (2001).
[CrossRef]

Mabuchi, H.

J. Vuckovic, M. Loncar, H. Mabuchi, and A. Scherer, Phys. Rev. E 65, 016608 (2001).
[CrossRef]

McCutcheon, M. W.

P. B. Deotare, M. W. McCutcheon, I. W. Frank, M. Khan, and M. Loncar, Appl. Phys. Lett. 94, 121106 (2009).
[CrossRef]

Melentiev, P. N.

Mitsugi, S.

T. Tanabe, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, and E. Kuramochi, Appl. Phys. Lett. 87, 151112 (2005).
[CrossRef]

Miyazaki, H. T.

Morinaga, M.

R. Yalla, F. L. Kien, M. Morinaga, and K. Hakuta, Phys. Rev. Lett. 109, 063602 (2012).
[CrossRef]

K. P. Nayak, F. L. Kien, M. Morinaga, and K. Hakuta, Phys. Rev. A 79, 021801 (2009).
[CrossRef]

K. P. Nayak, P. N. Melentiev, M. Morinaga, F. L. Kien, V. I. Balykin, and K. Hakuta, Opt. Express 15, 5431 (2007).
[CrossRef]

Nakajima, K.

Nayak, K. P.

Notomi, M.

T. Tanabe, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, and E. Kuramochi, Appl. Phys. Lett. 87, 151112 (2005).
[CrossRef]

O’Brien, J. D.

O. J. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[CrossRef]

Painter, O. J.

O. J. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[CrossRef]

Qiu, Y.

M. Loncar, A. Scherer, and Y. Qiu, Appl. Phys. Lett. 82, 4648 (2003).
[CrossRef]

Quan, Q.

Q. Quan, P. B. Deotare, and M. Loncar, Appl. Phys. Lett. 96, 203102 (2010).
[CrossRef]

Rupper, G.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).
[CrossRef]

Scherer, A.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).
[CrossRef]

M. Loncar, A. Scherer, and Y. Qiu, Appl. Phys. Lett. 82, 4648 (2003).
[CrossRef]

J. Vuckovic, M. Loncar, H. Mabuchi, and A. Scherer, Phys. Rev. E 65, 016608 (2001).
[CrossRef]

O. J. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[CrossRef]

Shchekin, O. B.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).
[CrossRef]

Shinya, A.

T. Tanabe, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, and E. Kuramochi, Appl. Phys. Lett. 87, 151112 (2005).
[CrossRef]

Smith, H. I.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. P. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[CrossRef]

Steinmeyer, G.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. P. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[CrossRef]

Sugimoto, Y.

Tanabe, T.

T. Tanabe, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, and E. Kuramochi, Appl. Phys. Lett. 87, 151112 (2005).
[CrossRef]

Thoen, E. R.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. P. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[CrossRef]

Villeneuve, P. R.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. P. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[CrossRef]

Vuckovic, J.

J. Vuckovic, M. Loncar, H. Mabuchi, and A. Scherer, Phys. Rev. E 65, 016608 (2001).
[CrossRef]

Yalla, R.

R. Yalla, F. L. Kien, M. Morinaga, and K. Hakuta, Phys. Rev. Lett. 109, 063602 (2012).
[CrossRef]

R. Yalla, K. P. Nayak, and K. Hakuta, Opt. Express 20, 2932 (2012).
[CrossRef]

Yariv, A.

O. J. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[CrossRef]

Yoshie, T.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (4)

P. B. Deotare, M. W. McCutcheon, I. W. Frank, M. Khan, and M. Loncar, Appl. Phys. Lett. 94, 121106 (2009).
[CrossRef]

M. Loncar, A. Scherer, and Y. Qiu, Appl. Phys. Lett. 82, 4648 (2003).
[CrossRef]

T. Tanabe, M. Notomi, S. Mitsugi, A. Shinya, and E. Kuramochi, Appl. Phys. Lett. 87, 151112 (2005).
[CrossRef]

Q. Quan, P. B. Deotare, and M. Loncar, Appl. Phys. Lett. 96, 203102 (2010).
[CrossRef]

J. Modern Opt. (1)

F. L. Kien, K. P. Nayak, and K. Hakuta, J. Modern Opt. 59, 274 (2012).
[CrossRef]

Nature (2)

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).
[CrossRef]

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. P. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[CrossRef]

New J. Phys. (1)

K. P. Nayak and K. Hakuta, New J. Phys. 10, 053003 (2008).
[CrossRef]

Opt. Express (4)

Phys. Rev. A (3)

K. P. Nayak, F. L. Kien, M. Morinaga, and K. Hakuta, Phys. Rev. A 79, 021801 (2009).
[CrossRef]

F. L. Kien and K. Hakuta, Phys. Rev. A 80, 053826 (2009).
[CrossRef]

F. L. Kien, S. Dutta Gupta, V. I. Balykin, and K. Hakuta, Phys. Rev. A 72, 032509 (2005).
[CrossRef]

Phys. Rev. E (1)

J. Vuckovic, M. Loncar, H. Mabuchi, and A. Scherer, Phys. Rev. E 65, 016608 (2001).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (1)

R. Yalla, F. L. Kien, M. Morinaga, and K. Hakuta, Phys. Rev. Lett. 109, 063602 (2012).
[CrossRef]

Science (1)

O. J. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[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 (4)

Fig. 1.
Fig. 1.

(a) Schematic diagram of the fabrication setup. (b) SEM image of a typical fabricated sample. (c) Optical setup for the spectrum measurements. See text for details.

Fig. 2.
Fig. 2.

Diameter profile of the nanocrater array along with the nanofiber diameter for (a) the apodized PhC cavity and (b) the defect-induced PhC cavity.

Fig. 3.
Fig. 3.

Transmission spectrum of apodized PhC cavity for (a) X-pol and (b) Y-pol. The parts of the spectra marked by blue boxes are enlarged and shown in the insets.

Fig. 4.
Fig. 4.

Transmission spectrum of the defect-induced PhC cavity for (a) X-pol and (b) Y-pol. The parts of the spectra marked by blue boxes are enlarged and shown in the insets.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1. Optical Characteristics of Typical Cavity Modesa

Metrics