We report a tuning method for ultrahigh-quality factor toroidal optical microcavities capable of rapid modulation and resonance position control over multiple decades. A free-space laser is focused onto the resonator's silicon support pillar, rapidly heating the mode-containing silica. Microcavity photothermal response is spatially mapped. Resonance shift varies inversely with pillar diameter, reaching 1.5 × 105 fm/mW at 2 μm diameter, allowing switching with 1 μW control power. Larger pillar resonators can be modulated at high speeds (>4 kHz). Heat flow simulations accurately model observed shifts. This versatile approach fulfills an outstanding need for fast, flexible control over toroid resonances.
REFERENCES
1.
M.
Tomes
, K. J.
Vahala
, and T.
Carmon
, Opt. Express
17
, 19160
(2009
).2.
I. S.
Grudinin
, H.
Lee
, O.
Painter
, and K. J.
Vahala
, Phys. Rev. Lett.
104
, 083901
(2010
).3.
T.
Aoki
, B.
Dayan
, E.
Wilcut
, W. P.
Bowen
, A. S.
Parkins
, T. J.
Kippenberg
, K. J.
Vahala
, and H. J.
Kimble
, Nature
443
, 671
(2006
).4.
B. B.
Li
, Y. F.
Xiao
, C. L.
Zou
, X. F.
Jiang
, Y. C.
Liu
, F. W.
Sun
, Y.
Li
, and Q. H.
Gong
, Appl. Phys. Lett.
100
, 021108
(2012
).5.
A.
Harker
, S.
Mehrabani
, and A. M.
Armani
, Opt. Lett.
38
, 3422
(2013
).6.
A. A.
Savchenkov
, W.
Liang
, A. B.
Matsko
, V. S.
Ilchenko
, D.
Seidel
, and L.
Maleki
, Opt. Lett.
34
, 1318
(2009
).7.
M.
Baaske
and F.
Vollmer
, Chem. Phys. Chem.
13
, 427
(2012
).8.
A. L.
Washburn
, L. C.
Gunn
, and R. C.
Bailey
, Anal. Chem.
81
, 9499
(2009
).9.
V. R.
Dantham
, S.
Holler
, C.
Barbre
, D.
Keng
, V.
Kolchenko
, and S.
Arnold
, Nano Lett.
13
, 3347
(2013
).10.
C. E.
Soteropulos
, K. M.
Zurick
, M. T.
Bernards
, and H. K.
Hunt
, Langmuir
28
, 15743
(2012
).11.
J. G.
Zhu
, S. K.
Ozdemir
, L.
He
, D. R.
Chen
, and L.
Yang
, Opt. Express
19
, 16195
(2011
).12.
J. D.
Swaim
, J.
Knittel
, and W. P.
Bowen
, Appl. Phys. Lett.
102
, 183106
(2013
).13.
D. K.
Armani
, T. J.
Kippenberg
, S. M.
Spillane
, and K. J.
Vahala
, Nature
421
, 925
(2003
).14.
T. J.
Kippenberg
, S. M.
Spillane
, and K. J.
Vahala
, Phys. Rev. Lett.
93
, 083904
(2004
).15.
E.
Verhagen
, S.
Deleglise
, S.
Weis
, A.
Schliesser
, and T. J.
Kippenberg
, Nature
482
, 63
(2012
).16.
B.
Min
, S.
Kim
, K.
Okamoto
, L.
Yang
, A.
Scherer
, H.
Atwater
, and K.
Vahala
, Appl. Phys. Lett.
89
, 191124
(2006
).17.
A. M.
Armani
, R. P.
Kulkarni
, S. E.
Fraser
, R. C.
Flagan
, and K. J.
Vahala
, Science
317
, 783
(2007
).18.
T.
Lu
, H.
Lee
, T.
Chen
, S.
Herchak
, J. H.
Kim
, S. E.
Fraser
, R. C.
Flagan
, and K.
Vahala
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
108
, 5976
(2011
).19.
T. J.
Kippenberg
, S. M.
Spillane
, and K. J.
Vahala
, Appl. Phys. Lett.
85
, 6113
(2004
).20.
L.
Shao
, X.-F.
Jiang
, X.-C.
Yu
, B.-B.
Li
, W. R.
Clements
, F.
Vollmer
, W.
Wang
, Y.-F.
Xiao
, and Q.
Gong
, Adv. Mater.
25
(39), 5616
–5620
(2013
).21.
M. I.
Cheema
, S.
Mehrabani
, A. A.
Hayat
, Y. A.
Peter
, A. M.
Armani
, and A. G.
Kirk
, Opt. Express
20
, 9090
(2012
).22.
L. N.
He
, K.
Ozdemir
, J. G.
Zhu
, W.
Kim
, and L.
Yang
, Nat. Nanotechnol.
6
, 428
(2011
).23.
H.
Lee
, T.
Chen
, J.
Li
, K. Y.
Yang
, S.
Jeon
, O.
Painter
, and K. J.
Vahala
, Nature Photon.
6
, 369
(2012
).24.
M.
Hossein-Zadeh
and K. J.
Vahala
, Opt. Express
15
, 166
(2007
).25.
J.
Pan
, Y.
Huo
, K.
Yamanaka
, S.
Sandhu
, L.
Scaccabarozzi
, R.
Timp
, M. L.
Povinelli
, S. H.
Fan
, M. M.
Fejer
, and J. S.
Harris
, Appl. Phys. Lett.
92
, 103114
(2008
).26.
B.
Peng
, S. K.
Ozdemir
, J. G.
Zhu
, and L.
Yang
, Opt. Lett.
37
, 3435
(2012
).27.
R.
Henze
, C.
Pyrlik
, A.
Thies
, J. M.
Ward
, A.
Wicht
, and O.
Benson
, Appl. Phys. Lett.
102
, 041104
(2013
).28.
A. A.
Savchenkov
, V. S.
Ilchenko
, T.
Handley
, and L.
Maleki
, Opt. Lett.
28
, 649
(2003
).29.
S. M.
Spillane
, T. J.
Kippenberg
, K. J.
Vahala
, K. W.
Goh
, E.
Wilcut
, and H. J.
Kimble
, Phys. Rev. A
71
, 013817
(2005
).30.
J.
Topolancik
and F.
Vollmer
, Appl. Phys. Lett.
89
, 184103
(2006
).31.
H. C.
Tapalian
, J. P.
Laine
, and P. A.
Lane
, IEEE Photon. Technol. Lett.
14
, 1118
(2002
).32.
D.
Armani
, B.
Min
, A.
Martin
, and K. J.
Vahala
, Appl. Phys. Lett.
85
, 5439
(2004
).33.
J. G.
Zhu
, S. K.
Ozdemir
, L. N.
He
, and L.
Yang
, Appl. Phys. Lett.
99
, 171101
(2011
).34.
J. B.
Jager
, V.
Calvo
, E.
Delamadeleine
, E.
Hadji
, P.
Noe
, T.
Ricart
, D.
Bucci
, and A.
Morand
, Appl. Phys. Lett.
99
, 181123
(2011
).35.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4833539 for details about fabrication, simulations, reproducibility, and stability.
36.
37.
T.
Carmon
, L.
Yang
, and K. J.
Vahala
, Opt. Express
12
, 4742
(2004
).38.
D. B.
Leviton
and B. J.
Frey
, Proc. SPIE
6273
, 62732K
(2006
).39.
Q. L.
Ma
, T.
Rossmann
, and Z. X.
Guo
, Meas. Sci. Technol.
21
, 025310
(2010
).40.
J. H.
Chow
, M. A.
Taylor
, T. T. Y.
Lam
, J.
Knittel
, J. D.
Sawtell-Rickson
, D. A.
Shaddock
, M. B.
Gray
, D. E.
McClelland
, and W. P.
Bowen
, Opt. Express
20
, 12622
(2012
).41.
J. E.
Curtis
, B. A.
Koss
, and D. G.
Grier
, Opt. Commun.
207
, 169
(2002
).© 2013 AIP Publishing LLC.
2013
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.