Институт систем обработки изображений РАН,
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва
(национальный исследовательский университет) (СГАУ)
Школа физики и астрономии Университета Сент-Эндрюса, Великобритания

Аннотация:
Спроектировано, изготовлено и исследовано новое устройство нанофотоники, содержащее двумерную фотонно-кристаллическую линзу размером 3х4 мкм, изготовленную в пленке кремния на плавленом кварце и расположенную на выходе планарного волновода шириной 4,5 мкм, которая служит для сопряжения с другим планарным волноводом шириной 1 мкм. Длина обоих волноводов 5 мм. При смещении с оптической оси узкого волновода на 1 мкм интенсивность света на его выходе уменьшается в 8 раз, это означает, что размер фокусного пятна на выходе линзы в кремнии меньше 1 мкм. Моделирование показало, что максимальное пропускание это устройство имеет на длине волны 1,55 мкм, и эффективность связи двух волноводов – 73%. Измеренный спектр пропускания имеет четыре локальных максимума в диапазоне 1,50-1,60 мкм. Расчетный спектр пропускания отличается от экспериментального на 29%. Диаметр фокусного пятна линзы в воздухе, рассчитанный по полуспаду интенсивности, равен 0,32λ, где λ – длина волны, что меньше дифракционного предела, который задается sinc-функцией и равен 0,44 λ.

Ключевые слова:
фотонно-кристаллическая линза, планарные волноводы, острая фокусировка света, сопряжение двух разных волноводов, электронная литография.

Литература:

1. Xu, Y. Adiabatic coupling between conventional dielectric waveguides with discrete translational symmetry / Y. Xu, R.K. Lee, A. Yariv // Opt. Lett. 2000.– Vol. 25(10). – P.755-757.
2. Mekis, A. Tapered couplers for efficient interfacing between dielectric and photonic crystal waveguides / A Mekis, J.D. Joannopoulos // J. Light Techn. 2001.– Vol. 19(6). – P.861-865.
3. Happ, T.D. Photonic crystal tapers for ultracompact mode conversion / T.D. Happ, M. Kamp, A. Forchel // Opt. Lett. 2001.– Vol. 26(14). – P.1102-1104.
4. Talneau, A. Low-reflection photonic crystal taper for efficient coupling between guide sections of arbitrary widths / A. Talneau [and other] // Opt. Lett. 2002.– Vol. 27(17). – P.1522-1524.
5. Almeida, V.R. Nanotaper for compact mode conversion / V.R. Almeida, R.R. Panepucci, M. Lipson // Opt. Lett. 2003.– Vol. 28(15). – P.1302-1304.
6. Bienstman, P. Taper structures for coupling into photonic crystal slab waveguides / P. Bienstman [and other] // J. Opt. Soc. Am. B 2003.– Vol. 20(9). – P.1817-1821.
7. MacNab, S.J. Ultra-low loss photonic integrated circit with membrane-type photonic crystal waveguide / S.J. MacNab, N. Moll, Y.A. Vlasov // Opt. Express 2003.– Vol. , v.11, no.22, P.2927-2939.
8. Barclay, P.E. Design of photonic crystal waveguide for evanescent coupling to optical fiber tapers and integration with high-Q cavities / P.E. Barclay, K. Srinivasan, O. Painter // J. Opt. Soc. Am. B 2003.– Vol. , v.20, no. 11, P.2274-2284.
9. Orobtchouk, R. High-efficiency light coupling in a submicrometric silicon-on-insulator waveguide / R. Orobtchouk [and other] // Appl. Opt. 2000.– Vol. 39(31). – P.57-73-5777.
10. Lardenois, S. Low-loss submicrometer silicon-on-insulator rib waveguides and corner mirrors / S. Lardenois [and other] // Opt. Lett. 2003.– Vol. 28(13). – p.1150-1153.
11. Taillaert, D. Grating couplers for couping between optical fiber and nanophotonic waveguides / D. Taillaert [and other] // Jap. J. Appl. Phys. 2006.– Vol. 45(8). – P.6071-6077.
12. Van Laere, F. Compact and high efficient grating couplers between optical fiber and nanophotonic waveguides / F. Van Laere [and other] // J. Light. Techn. 2007.– Vol. 25(1). – P.151-156.
13. Bachim, B.L. Optical fiber-to-waveguide coupling using carbon-dioxide-laser-induced long-period fiber gratings / B.L. Bachim, O.O. Ogunsola, T.K. Gaylord // Opt. Lett. 2005.– Vol. 30(16). – P.2080-2082.
14. Prather, D.W. High-efficiency coupling structure for a single-line-defct photonic crystal waveguide / D.W. Prather [and other] // Opt. Lett. 2002.– Vol. 27(18). – P.1601-1603.
15. Kim, H. High efficiency coupling technique for photonic crystal waveguides using a waveguide lens / H. Kim [and other] // OSA Techn. Digest: Frontiers in optics 2003, MT68.
16. Corbett, J.C.W. Coupling starlight into single-mode photonic crystal fiber using a field lens / J.C.W. Corbett, J.R. Allington-Smith // Opt. Express 2005.– Vol. 13(17). – P.6527-6540.
17. Michaelis, D. Micro-optical assisted high-index waveguide coupling / D. Michaelis [and other] // Appl. Opt. 2006.– Vol. 45(8). – p.1831-1838.
18. Kong, G. Lensed photonic crystal fiber obtained by use of an arc discharge / G. Kong [and other] // Opt. Lett. 2006.– Vol. 31(7). – P.894-896.
19. Pokrovsky, A.L. Lens based on the use of left-handed materials / A.L. Pokrovsky, A.L. Efros // Appl. Opt. 2003.– Vol. 42(28). – P.5701-5705.
20. Fabre, N. Toward focusing using photonic crystal flat lens / N. Fabre [and other] // Opto-electronics Review 2006.– Vol. 14(3). – P.225-232.
21. Li, C. Far-field imagimg by the Veselago lens made of a photonic crystal / C. Li, M. Holt, A.L. Efros // J. Opt. Soc. Am. B 2006.– Vol. 23(3). – P.490-497.
22. Matsumoto, T. Focusing of light by negative refraction in a photonic crystal slab superlens on silicon-on-insulator substrate / T. Matsumoto, K. Eom, T. Baba // Opt. Lett. 2006.– Vol. 31(18). – P.2786-2788.
23. Li, C.Y. Imaging by the Veselago lens based upon a two-dimensional photonic crystal with a triangular lattice / C.Y. Li, J.M. Holt, A.L. Efros // J. Opt. Soc. Am. B 2006.– Vol. 23(5). – P.963-968.
24. Geng, T. All angle negative refraction with the effective phase index of -1 / T. Geng, T. Lin, S. Zhuang // Chinese Opt. Lett. 2007.– Vol. 5(6). – P.361-363.
25. Asatsume, T. Abberation reduction and unique light focusing in a photonic crystal negative refractive lens / T. Asatsume, T. Baba // Opt. Express 2008.– Vol. 16(12). – P.8711-8718.
26. Fabre, N. Measurement of a flat lens focusing in a 2D photonic crystal at optical wavelength / N. Fabre [and other] // OSA Digest, CLEO/QELS 2008, CTuDD6, CA.
27. Yang, S. Focusing concave lens photonic crystals with magnetic materials / S. Yang, C. Hong, H. Yang // J. Opt. Soc. Am. A 2006.– Vol. 23(4). – P.956-959.
28. Luan, P. Photonic crystal lens coupler using negative refraction / P. Luan, K. Chang // Prog. In Electr. Res. 2007.– Vol. 3(1). – P.91-95.
29. Haxha, S. A novel design of photonic crystal lens based on negative refractive index / S. Haxha, F. AbdelMalek // Prog. In Electr. Res. 2008.– Vol. 4(2). – P.296-300.
30. Lu, Z. Three-dimensional photonic crystal flat lens by full 3D negative refraction / Z. Lu [and other] // Opt. Express 2005.– Vol. 13(15). – P.5592-5599.
31. Lu, Z. Experimental demonstration of negative refraction imaging in both amplitude and phase / Z. Lu [and other] // Opt. Express 2005.– Vol. 13(6). – P.2007-2012.
32. Minin, I.V. Subwavelength diffractive photonic crystal lens / I.V. Minin [and other] // Prog. In Electr. Res. B 2008.– Vol. 7. – P.257-264.
33. Pshenay-Severin, E. Photonic crystal lens for photonic crystal waveguide coupling / E. Pshenay-Severin [and other] // OSA Techn. Digest:CLEO 2006, CThK3.
34. Hugonin, J.P. Coupling into clow-mode photonic crystal waveguide / J.P. Hugonin [and other] // Opt. Lett. 2007.– Vol. 32(18). – P.2638-2640.
35. Триандафилов, Я.Р. Фотонно-кристаллическая линза Микаэляна / Я.Р. Триандафилов, В.В. Котляр // Компьютерная оптика 2007.– Том. 31(3). – С.27-31.
36. Triandafilov, Y.R. Photonic crystal Mikaelian lens / Y.R. Triandafilov, V.V. Kotlyar // Opt. Mem. Neur. Net. 2008.– Vol. 17(1). – P.1-7.
37. Микаэлян, А.Л. Применение свойств среды для фокусирования волн / А.Л. Микаэлян // ДАН СССР 1951.– Том. 81. – С.2406-2415.
    

© 2009, ИСОИ РАН
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846 2) 332-56-22, факс: +7 (846 2) 332-56-20