We investigate the optical properties of the dipole-like modes of an H1 nano-cavity consisting of a single missing airhole imbedded into a triangular two-dimensional silicon nitride (Si3N4) based photonic crystal coated with a red-fluorescent molecular dye. We modify the size and position of the first six neighboring airholes around the nano-cavity and demonstrate that this allows control over the energy and separation of two dipole-like optical modes (Mx and My). This allows us to produce either linearly polarized optical modes or an unpolarized optical mode composed of degenerate modes having orthogonal polarization. We confirm our findings using three-dimensional finite difference time domain calculations.

1.
B.-S.
Song
,
S.
Noda
, and
T.
Asano
,
Science
300
,
1537
(
2003
).
2.
J. D.
Joannopoulos
,
S. G.
Johnson
,
J. N.
Winn
, and
R. D.
Meade
,
Photonic Crystals: Molding the Flow of Light
(
Princeton University Press
,
2008
).
3.
Y.
Takahashi
,
Y.
Tanaka
,
H.
Hagino
,
T.
Sugiya
,
Y.
Sato
,
T.
Asano
, and
S.
Noda
,
Opt. Express
17
,
18093
(
2009
).
4.
Y.
Akahane
,
T.
Asano
,
B.-S.
Song
, and
S.
Noda
,
Nature
425
,
944
(
2003
).
5.
K.
Kuruma
,
Y.
Ota
,
M.
Kakuda
,
S.
Iwamoto
, and
Y.
Arakawa
,
APL Photonics
5
,
046106
(
2020
).
6.
Y. H.
Ra
,
R. T.
Rashid
,
X.
Liu
,
J.
Lee
, and
Z.
Mi
,
Adv. Funct. Mater.
27
,
1702364
(
2017
).
7.
M.
Li
,
H.
Liang
,
R.
Luo
,
Y.
He
,
J.
Ling
, and
Q.
Lin
,
Optica
6
,
860
(
2019
).
8.
R.
Wang
,
M.
Ikezawa
,
Y.
Sakuma
,
H.
Takeda
,
N.
Ikeda
,
Y.
Sugimoto
,
K.
Sakoda
,
Y.
Yamada
, and
Y.
Masumoto
,
ACS Photonics
7
,
321
(
2020
).
9.
N.
Takemura
,
M.
Takiguchi
,
E.
Kuramochi
,
A.
Shinya
,
T.
Sato
,
K.
Takeda
,
S.
Matsuo
, and
M.
Notomi
,
Phys. Rev. A
99
,
053820
(
2019
).
10.
D.
Dovzhenko
,
S.
Ryabchuk
,
Y. P.
Rakovich
, and
I.
Nabiev
,
Nanoscale
10
,
3589
(
2018
).
11.
P. M.
Vora
,
A. S.
Bracker
,
S. G.
Carter
,
M.
Kim
,
C. S.
Kim
, and
D.
Gammon
,
Phys. Rev. B
99
,
165420
(
2019
).
12.
P.
Senellart
,
G.
Solomon
, and
A.
White
,
Nat. Nanotechnol.
12
,
1026
(
2017
).
13.
Y.
Wei
,
T.
Zhao
,
B.
Yao
,
R.
Su
,
Y.
Yu
,
J.
Liu
, and
X.
Wang
,
Opt. Mater. Express
10
,
170
(
2020
).
14.
Y.
Song
,
J.
Bai
,
R.
Zhang
,
E.
Wu
,
J.
Wang
,
S.
Li
,
B.
Ning
,
M.
Wang
,
Z.
Gao
, and
Y.
Peng
,
Sens. Actuators B
310
,
127671
(
2020
).
15.
N.
Matsuda
and
H.
Takesue
,
Nanophotonics
5
,
440
(
2016
).
16.
Y.
Li
,
X.
Zhou
,
Q.
Yang
,
Y.
Li
,
W.
Li
,
H.
Li
,
S.
Chen
,
M.
Li
, and
Y.
Song
,
J. Mater. Chem. C
5
,
4621
(
2017
).
17.
T.
Stace
,
G. J.
Milburn
, and
C.
Barnes
,
Phys. Rev. B
67
,
085317
(
2003
).
18.
W.-H.
Chang
,
W.-Y.
Chen
,
H.-S.
Chang
,
T.-P.
Hsieh
,
J.-I.
Chyi
, and
T.-M.
Hsu
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
117401
(
2006
).
19.
E.
Kuramochi
,
E.
Grossman
,
K.
Nozaki
,
K.
Takeda
,
A.
Shinya
,
H.
Taniyama
, and
M.
Notomi
,
Opt. Lett.
39
,
5780
(
2014
).
20.
S. L.
Portalupi
,
M.
Galli
,
C.
Reardon
,
T.
Krauss
,
L.
O’Faolain
,
L. C.
Andreani
, and
D.
Gerace
,
Opt. Express
18
,
16064
(
2010
).
21.
A. M.
Adawi
,
A. R. A.
Chalcraft
,
D. M.
Whittaker
, and
D. G.
Lidzey
,
Opt. Express
15
,
14299
(
2007
).
22.
Y.
Ota
,
K.
Watanabe
,
S.
Iwamoto
, and
Y. J. O. E.
Arakawa
,
Opt. Express
21
,
19778
(
2013
).
23.
W.
Xue
,
Y.
Yu
,
L.
Ottaviano
,
Y.
Chen
,
E.
Semenova
,
K.
Yvind
, and
J.
Mork
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
063901
(
2016
).
24.
J.
Canet-Ferrer
,
L. J.
Martínez
,
I.
Prieto
,
B.
Alén
,
G.
Muñoz-Matutano
,
D.
Fuster
,
Y.
González
,
M. L.
Dotor
,
L.
González
,
P. A.
Postigo
, and
J. P.
Martínez-Pastor
,
Opt. Express
20
,
7901
(
2012
).
25.
J.
Riedrich-Möller
,
S.
Pezzagna
,
J.
Meijer
,
C.
Pauly
,
F.
Mücklich
,
M.
Markham
,
A. M.
Edmonds
, and
C.
Becher
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
221103
(
2015
).
26.
J.
Hagemeier
,
C.
Bonato
,
T.-A.
Truong
,
H.
Kim
,
G. J.
Beirne
,
M.
Bakker
,
M. P.
van Exter
,
Y.
Luo
,
P.
Petroff
, and
D.
Bouwmeester
,
Opt. Express
20
,
24714
(
2012
).
27.
E.
Kuramochi
,
H.
Duprez
,
J.
Kim
,
M.
Takiguchi
,
K.
Takeda
,
T.
Fujii
,
K.
Nozaki
,
A.
Shinya
,
H.
Sumikura
, and
H.
Taniyama
,
Opt. Express
26
,
26598
(
2018
).
28.
H.
Takagi
,
Y.
Ota
,
N.
Kumagai
,
S.
Ishida
,
S.
Iwamoto
, and
Y.
Arakawa
,
Appl. Phys. Express
10
,
062002
(
2017
).
29.
F.
Pisanello
,
A.
Qualtieri
,
T.
Stomeo
,
L.
Martiradonna
,
R.
Cingolani
,
A.
Bramati
, and
M.
De Vittorio
,
Opt. Lett.
35
,
1509
(
2010
).
30.
L.
Kassa-Baghdouche
and
E.
Cassan
,
Opt. Quantum Electron
.
52
,
260
(
2020
).
31.
M.
Minkov
and
V.
Savona
,
Sci. Rep.
4
,
5124
(
2014
).
32.
I.
Luxmoore
,
E. D.
Ahmadi
,
B.
Luxmoore
,
N.
Wasley
,
A.
Tartakovskii
,
M.
Hugues
,
M.
Skolnick
, and
A.
Fox
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
121116
(
2012
).
33.
H.
Takagi
,
Y.
Ota
,
N.
Kumagai
,
S.
Ishida
,
S.
Iwamoto
, and
Y.
Arakawa
,
Appl. Phys. Lett.
20
,
28292
(
2012
).
34.
D.
Englund
,
D.
Fattal
,
E.
Waks
,
G.
Solomon
,
B.
Zhang
,
T.
Nakaoka
,
Y.
Arakawa
,
Y.
Yamamoto
, and
J.
Vučković
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
013904
(
2005
).
35.
I. J.
Luxmoore
,
E. D.
Ahmadi
,
A. M.
Fox
,
M.
Hugues
, and
M. S.
Skolnick
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
041101
(
2011
).
36.
The 3D FDTD code (CrystalWave) used in this work is a product of Photon Design Ltd., see http://www.photond.com.
37.
J. D.
Jackson
, in
Classical Electrodynamics
(
Wiley
,
New York
,
1962
), Chap. 8.
38.
A. C.
Thijssen
,
M. J.
Cryan
,
J. G.
Rarity
, and
R.
Oulton
,
Opt. Express
20
,
22412
(
2012
).
39.
A. M.
Adawi
,
M. M.
Murshidy
,
P. W.
Fry
, and
D. G.
Lidzey
,
ACS Nano
4
,
3039
(
2010
).
40.
M. M.
Murshidy
,
A. M.
Adawi
,
P. W.
Fry
, and
D. G.
Lidzey
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
224
(
2010
).
41.
M. M.
Murshidy
,
A. M.
Adawi
,
P. W.
Fry
,
D. M.
Whittaker
, and
D. G.
Lidzey
,
J. Opt. Soc. Am. B
27
,
215
(
2010
).
You do not currently have access to this content.