Оптический нанорезонатор в пересечении гребенчатых фотоннокристаллических волноводов

Казанский Н.Л., Серафимович П.Г., Хонина С.Н.

Аннотация:
Предложена и численно исследована новая структура оптических резонаторов в пересечении гребенчатых фотоннокристаллических волноводов. Исследованы свойства симметрии возбуждаемых резонансных мод ТЕ-поляризации. Установлено, что резонансная мода обладает одной осью симметрии в цилиндрическом резонаторе и двумя осями симметрии в кольцевом резонаторе. Показано, что резонансная мода с двумя осями симметрии позволяет реализовать эффективный оптический резонатор в пересечении гребенчатых фотоннокристаллических волноводов. Исследованы способы оптимизации предложенных резонаторов. Во-первых, рассмотрена оптимизация с помощью введения дополнительной щели в область резонатора. Во-вторых, исследованы возможности нелинейных материалов с различным индексом рефракции. Рассчитанные резонаторы имеют добротность около 10^4 и малый модовый объём.

Abstract:
A new geometry of nonlinear optical resonators in the ridge photonic crystal waveguides is suggested and numerically studied. The symmetry features of resonance modes are explored. It is established that the resonance mode has one axis of reflection symmetry axis for the cylindrical resonator and two axes of reflection symmetry for the ring resonator. It is demonstrated that the resonance mode with two axes of symmetry permits to construct an effective optical resonator. Two ways of optimization of the suggested resonators are explored. First, the optimization with the slit is considered. Second, the different infiltrated materials are investigated. The calculated resonators have the quality factor value about 10^4 and a small mode volume.

Ключевые слова :
нанофотоника, оптический нанорезонатор, добротность резонатора, гребенчатый фотоннокристаллический волновод.

Key words:
nanophotonics; optical nanoresonator; quality factor; ridge photonic crystal waveguide.

Литература:

  1. Lalanne, P. Photon confinement in photonic crystal nanocavities / P. Lalanne, C. Sauvan, J.P. Hugonin // Laser & Photon. – 2008. – Rev. 2, N 6. – P. 514–526.
  2. Vuckovic, J. Optimization of the Q Factor in Photonic Crystal Microcavities / J. Vuckovic, M. Loncar, H. Ma­buchi, A. Scherer // IEEE JQE. – 2002. – Vol. 38, N 7. – P. 850-856.
  3. Fan, S. Guided and defect modes in periodic dielectric waveguides / S. Fan, J.N. Winn, A. Devenyi, J.C. Chen, R.D. Meade and J.D. Joannopoulos // J. Opt. Soc. Am. B. – 1995. – Vol. 12(7). – P. 1267-1272.
  4. Velha, P. Ultra-high-reflectivity photonic-bandgap mirrors in a ridge SOI waveguide / P. Velha, J.C. Rodier, P. Lalanne, J.P. Hugonin, D. Peyrade, E. Picard, T. Charvolin, E. Hadji // New Journal of Physics. – 2006. – Vol. 8. – P. 1-13.
  5. Almeida, V.R. Guiding and confining light in void nanostructure / V.R. Almeida, Q. Xu, C.A. Barrios, M. Lipson // Opt. Letters. – 2004. – Vol. 29, N 11. – P. 1209-1211.
  6. Coccioli, R. Smallest possible electromagnetic mode volume in a dielectric cavity / R. Coccioli, M. Boroditsky, K.W. Kim, Y. Rahmat-Samii, E. Yablonovitch // IEE Proc. Opto. – 1998. – Vol. 145.– P. 391-397.
  7. Fan, S. Temporal coupled mode theory for Fano resonances in optical resonators / S. Fan, W. Suh, J.D. Jo­annopoulos // J. Opt. Soc. Am. A. – 2003. – Vol. 20. – P. 569-573.
  8. Yanik, M.F. All-optical transistor action with bistable switching in photonic crystal cross-waveguide geometry / M.F. Yanik, S. Fan, M. Soljacic, J.D. Joannopoulos // Opt. Lett. – 2003. – Vol. 28. – P. 2506-2508.
  9. Казанский, Н.Л. Расчёт оптимальных пересечений фотоннокристаллических волноводов методом переда­точ­ной матрицы / Н.Л. Казанский, П.Г. Серафи­мович, С.И. Ха­ритонов // Известия Самарского научного центра РАН. – 2002. – Т. 4, № 2. – C. 300-307.
  10. ab-initio.mit.edu/meep/ [Электронный ресурс]. – Проверено 15.08.2011.
  11. Sauvan, M. Modal-reflectivity enhancement by geometry tuning in photonic crystal microcavities / C. Sauvan, G. Lecamp, P. Lalanne, J. Hugonin // Opt. Express. – 2005. – Vol. 13. – P. 245–255.

References:

  1. Lalanne, P. Photon confinement in photonic crystal nano­cavities / P. Lalanne, C. Sauvan, J.P. Hugonin // Laser & Photon. – 2008. – Rev. 2, N 6. – P. 514–526.
  2. Vuckovic, J. Optimization of the Q Factor in Photonic Crystal Microcavities / J. Vuckovic, M. Loncar, H. Ma­buchi, A. Scherer // IEEE JQE. – 2002. – Vol. 38, N 7. – P. 850-856.
  3. Fan, S. Guided and defect modes in periodic dielectric waveguides / S. Fan, J.N. Winn, A. Devenyi, J.C. Chen, R.D. Meade and J.D. Joannopoulos // J. Opt. Soc. Am. B. – 1995. – Vol. 12(7). – P. 1267-1272.
  4. Velha, P. Ultra-high-reflectivity photonic-bandgap mir­rors in a ridge SOI waveguide / P. Velha, J.C. Rodier, P. Lalanne, J.P. Hugonin, D. Peyrade, E. Picard, T. Char­volin, E. Hadji // New Journal of Physics. – 2006. – Vol. 8. – P. 1-13.
  5. Almeida, V.R. Guiding and confining light in void nano­structure / V.R. Almeida, Q. Xu, C.A. Barrios, M. Lipson // Opt. Letters. – 2004. – Vol. 29, N 11. – P. 1209-1211.
  6. Coccioli, R. Smallest possible electromagnetic mode volume in a dielectric cavity / R. Coccioli, M. Boroditsky, K.W. Kim, Y. Rahmat-Samii, E. Yablonovitch // IEE Proc. Opto. – 1998. – Vol. 145.– P. 391-397.
  7. Fan, S. Temporal coupled mode theory for Fano resonances in optical resonators / S. Fan, W. Suh, J.D. Joan­nopoulos // J. Opt. Soc. Am. A. – 2003. – Vol. 20. – P. 569-573.
  8. Yanik, M.F. All-optical transistor action with bistable switching in photonic crystal cross-waveguide geometry / M.F. Yanik, S. Fan, M. Soljacic, J.D. Joannopoulos // Opt. Lett. – 2003. – Vol. 28. – P. 2506–2508.
  9. Kazanskiy, N.L. Calculation of optimal crosssections of photonic crystals waveguides by transfer matrix method / N.L. Kazanskiy, P.G. Serafimovich, S.I. Kharitonov // Izvestia of Samara Science Center RAS. – 2002. – V. 4, N 2. – P. 300-307. – (in Russian).
  10. ab-initio.mit.edu/meep/ Controlled 15.08.2011.
  11. Sauvan, M. Modal-reflectivity enhancement by geometry tuning in photonic crystal microcavities / C. Sauvan, G. Lecamp, P. Lalanne, J. Hugonin // Opt. Express. – 2005. – Vol. 13. – P. 245–255.
© 2009, ИСОИ РАН
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 332-56-22, факс: +7 (846) 332-56-20