Abstract

Direct optical fabrication of 3D photonic crystals in a high refractive index LiNbO3 crystal by using the femtosecond laser-induced microexplosion method is investigated. The focal distortion, caused by the refractive index mismatch-induced spherical aberration, can be significantly reduced by using a so-called threshold fabrication method. As a result, 3D fcc photonic crystals are fabricated by stacking quasi-spherical voids layer by layer. Photonic stopgaps with suppression rates of up to 30% in the transmission spectra are observed. The angle dependence of the stopgaps is also revealed.

© 2006 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. E. N. Glezer and E. Mazur, Appl. Phys. Lett. 71, 882 (1997).
    [CrossRef]
  2. H.-B. Sun, Y. Xu, S. Juodkazis, K. Sun, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Opt. Lett. 26, 325 (2001).
    [CrossRef]
  3. D. Day and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 80, 2404 (2002).
    [CrossRef]
  4. M. J. Ventura, M. Straub, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 82, 1649 (2003).
    [CrossRef]
  5. G. Zhou, M. J. Ventura, M. Straub, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 84, 4415 (2004).
    [CrossRef]
  6. G. Zhou, M. J. Ventura, M. R. Vanner, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 86, 011108 (2005).
    [CrossRef]
  7. H.-B. Sun, Y. Xu, K. Sun, S. Juodkazis, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 605, 85 (2000).
    [CrossRef]
  8. T. Kartaloglu, Z. G. Figen, and O. Aytur, J. Opt. Soc. Am. B 20, 343 (2003).
    [CrossRef]
  9. B. Andreas, K. Peithmann, K. Buse, and K. Maier, Appl. Phys. Lett. 84, 3813 (2004).
    [CrossRef]
  10. K. Noguchi, H. Myazawa, and O. Mitomi, Electron. Lett. 34, 661 (1998).
    [CrossRef]
  11. H. T. Hsieh, D. Psaltis, O. Beyer, D. Maxein, C. K. Schmising, K. Buse, and B. Sturman, Opt. Lett. 30, 2233 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. O. Beyer, I. Breunig, F. Kalkum, and K. Buse, Appl. Phys. Lett. 88, 051120 (2006).
    [CrossRef]
  13. M. Roussey, M. P. Bernal, N. Courjal, and F. I. Baida, Appl. Phys. Lett. 87, 241101 (2005).
    [CrossRef]
  14. G. Zhou and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 87, 241107 (2005).
    [CrossRef]
  15. M. Gu, Advanced Optical Imaging Theory (Springer, 2000).
  16. D. Day and M. Gu, Appl. Opt. 37, 6299 (1998).
    [CrossRef]
  17. S. Juodkazis, N. Nishimura, S. Tanaka, H. Misawa, E. G. Gamaly, B. Luther-Davies, L. Hallo, P. Nicolai, and V. T. Tikhonchuk, Phys. Rev. Lett. 96, 166101 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  18. M. J. Booth and T. Wilson, J. Biomed. Opt. 6, 266 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  19. M. J. Booth, M. Schwertner, T. Wilson, M. Nakano, Y. Kawata, M. Nakabayashi, and S. Miyata, Appl. Phys. Lett. 88, 031109 (2006).
    [CrossRef]

2006 (3)

O. Beyer, I. Breunig, F. Kalkum, and K. Buse, Appl. Phys. Lett. 88, 051120 (2006).
[CrossRef]

S. Juodkazis, N. Nishimura, S. Tanaka, H. Misawa, E. G. Gamaly, B. Luther-Davies, L. Hallo, P. Nicolai, and V. T. Tikhonchuk, Phys. Rev. Lett. 96, 166101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

M. J. Booth, M. Schwertner, T. Wilson, M. Nakano, Y. Kawata, M. Nakabayashi, and S. Miyata, Appl. Phys. Lett. 88, 031109 (2006).
[CrossRef]

2005 (4)

H. T. Hsieh, D. Psaltis, O. Beyer, D. Maxein, C. K. Schmising, K. Buse, and B. Sturman, Opt. Lett. 30, 2233 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

M. Roussey, M. P. Bernal, N. Courjal, and F. I. Baida, Appl. Phys. Lett. 87, 241101 (2005).
[CrossRef]

G. Zhou and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 87, 241107 (2005).
[CrossRef]

G. Zhou, M. J. Ventura, M. R. Vanner, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 86, 011108 (2005).
[CrossRef]

2004 (2)

G. Zhou, M. J. Ventura, M. Straub, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 84, 4415 (2004).
[CrossRef]

B. Andreas, K. Peithmann, K. Buse, and K. Maier, Appl. Phys. Lett. 84, 3813 (2004).
[CrossRef]

2003 (2)

T. Kartaloglu, Z. G. Figen, and O. Aytur, J. Opt. Soc. Am. B 20, 343 (2003).
[CrossRef]

M. J. Ventura, M. Straub, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 82, 1649 (2003).
[CrossRef]

2002 (1)

D. Day and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 80, 2404 (2002).
[CrossRef]

2001 (2)

2000 (1)

H.-B. Sun, Y. Xu, K. Sun, S. Juodkazis, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 605, 85 (2000).
[CrossRef]

1998 (2)

K. Noguchi, H. Myazawa, and O. Mitomi, Electron. Lett. 34, 661 (1998).
[CrossRef]

D. Day and M. Gu, Appl. Opt. 37, 6299 (1998).
[CrossRef]

1997 (1)

E. N. Glezer and E. Mazur, Appl. Phys. Lett. 71, 882 (1997).
[CrossRef]

Andreas, B.

B. Andreas, K. Peithmann, K. Buse, and K. Maier, Appl. Phys. Lett. 84, 3813 (2004).
[CrossRef]

Aytur, O.

Baida, F. I.

M. Roussey, M. P. Bernal, N. Courjal, and F. I. Baida, Appl. Phys. Lett. 87, 241101 (2005).
[CrossRef]

Bernal, M. P.

M. Roussey, M. P. Bernal, N. Courjal, and F. I. Baida, Appl. Phys. Lett. 87, 241101 (2005).
[CrossRef]

Beyer, O.

Booth, M. J.

M. J. Booth, M. Schwertner, T. Wilson, M. Nakano, Y. Kawata, M. Nakabayashi, and S. Miyata, Appl. Phys. Lett. 88, 031109 (2006).
[CrossRef]

M. J. Booth and T. Wilson, J. Biomed. Opt. 6, 266 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Breunig, I.

O. Beyer, I. Breunig, F. Kalkum, and K. Buse, Appl. Phys. Lett. 88, 051120 (2006).
[CrossRef]

Buse, K.

O. Beyer, I. Breunig, F. Kalkum, and K. Buse, Appl. Phys. Lett. 88, 051120 (2006).
[CrossRef]

H. T. Hsieh, D. Psaltis, O. Beyer, D. Maxein, C. K. Schmising, K. Buse, and B. Sturman, Opt. Lett. 30, 2233 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

B. Andreas, K. Peithmann, K. Buse, and K. Maier, Appl. Phys. Lett. 84, 3813 (2004).
[CrossRef]

Courjal, N.

M. Roussey, M. P. Bernal, N. Courjal, and F. I. Baida, Appl. Phys. Lett. 87, 241101 (2005).
[CrossRef]

Day, D.

D. Day and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 80, 2404 (2002).
[CrossRef]

D. Day and M. Gu, Appl. Opt. 37, 6299 (1998).
[CrossRef]

Figen, Z. G.

Gamaly, E. G.

S. Juodkazis, N. Nishimura, S. Tanaka, H. Misawa, E. G. Gamaly, B. Luther-Davies, L. Hallo, P. Nicolai, and V. T. Tikhonchuk, Phys. Rev. Lett. 96, 166101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Glezer, E. N.

E. N. Glezer and E. Mazur, Appl. Phys. Lett. 71, 882 (1997).
[CrossRef]

Gu, M.

G. Zhou, M. J. Ventura, M. R. Vanner, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 86, 011108 (2005).
[CrossRef]

G. Zhou and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 87, 241107 (2005).
[CrossRef]

G. Zhou, M. J. Ventura, M. Straub, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 84, 4415 (2004).
[CrossRef]

M. J. Ventura, M. Straub, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 82, 1649 (2003).
[CrossRef]

D. Day and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 80, 2404 (2002).
[CrossRef]

D. Day and M. Gu, Appl. Opt. 37, 6299 (1998).
[CrossRef]

M. Gu, Advanced Optical Imaging Theory (Springer, 2000).

Hallo, L.

S. Juodkazis, N. Nishimura, S. Tanaka, H. Misawa, E. G. Gamaly, B. Luther-Davies, L. Hallo, P. Nicolai, and V. T. Tikhonchuk, Phys. Rev. Lett. 96, 166101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Hsieh, H. T.

Juodkazis, S.

S. Juodkazis, N. Nishimura, S. Tanaka, H. Misawa, E. G. Gamaly, B. Luther-Davies, L. Hallo, P. Nicolai, and V. T. Tikhonchuk, Phys. Rev. Lett. 96, 166101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

H.-B. Sun, Y. Xu, S. Juodkazis, K. Sun, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Opt. Lett. 26, 325 (2001).
[CrossRef]

H.-B. Sun, Y. Xu, K. Sun, S. Juodkazis, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 605, 85 (2000).
[CrossRef]

Kalkum, F.

O. Beyer, I. Breunig, F. Kalkum, and K. Buse, Appl. Phys. Lett. 88, 051120 (2006).
[CrossRef]

Kartaloglu, T.

Kawata, Y.

M. J. Booth, M. Schwertner, T. Wilson, M. Nakano, Y. Kawata, M. Nakabayashi, and S. Miyata, Appl. Phys. Lett. 88, 031109 (2006).
[CrossRef]

Luther-Davies, B.

S. Juodkazis, N. Nishimura, S. Tanaka, H. Misawa, E. G. Gamaly, B. Luther-Davies, L. Hallo, P. Nicolai, and V. T. Tikhonchuk, Phys. Rev. Lett. 96, 166101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Maier, K.

B. Andreas, K. Peithmann, K. Buse, and K. Maier, Appl. Phys. Lett. 84, 3813 (2004).
[CrossRef]

Matsuo, S.

H.-B. Sun, Y. Xu, S. Juodkazis, K. Sun, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Opt. Lett. 26, 325 (2001).
[CrossRef]

H.-B. Sun, Y. Xu, K. Sun, S. Juodkazis, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 605, 85 (2000).
[CrossRef]

Maxein, D.

Mazur, E.

E. N. Glezer and E. Mazur, Appl. Phys. Lett. 71, 882 (1997).
[CrossRef]

Misawa, H.

S. Juodkazis, N. Nishimura, S. Tanaka, H. Misawa, E. G. Gamaly, B. Luther-Davies, L. Hallo, P. Nicolai, and V. T. Tikhonchuk, Phys. Rev. Lett. 96, 166101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

H.-B. Sun, Y. Xu, S. Juodkazis, K. Sun, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Opt. Lett. 26, 325 (2001).
[CrossRef]

H.-B. Sun, Y. Xu, K. Sun, S. Juodkazis, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 605, 85 (2000).
[CrossRef]

Mitomi, O.

K. Noguchi, H. Myazawa, and O. Mitomi, Electron. Lett. 34, 661 (1998).
[CrossRef]

Miyata, S.

M. J. Booth, M. Schwertner, T. Wilson, M. Nakano, Y. Kawata, M. Nakabayashi, and S. Miyata, Appl. Phys. Lett. 88, 031109 (2006).
[CrossRef]

Myazawa, H.

K. Noguchi, H. Myazawa, and O. Mitomi, Electron. Lett. 34, 661 (1998).
[CrossRef]

Nakabayashi, M.

M. J. Booth, M. Schwertner, T. Wilson, M. Nakano, Y. Kawata, M. Nakabayashi, and S. Miyata, Appl. Phys. Lett. 88, 031109 (2006).
[CrossRef]

Nakano, M.

M. J. Booth, M. Schwertner, T. Wilson, M. Nakano, Y. Kawata, M. Nakabayashi, and S. Miyata, Appl. Phys. Lett. 88, 031109 (2006).
[CrossRef]

Nicolai, P.

S. Juodkazis, N. Nishimura, S. Tanaka, H. Misawa, E. G. Gamaly, B. Luther-Davies, L. Hallo, P. Nicolai, and V. T. Tikhonchuk, Phys. Rev. Lett. 96, 166101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Nishii, J.

H.-B. Sun, Y. Xu, S. Juodkazis, K. Sun, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Opt. Lett. 26, 325 (2001).
[CrossRef]

H.-B. Sun, Y. Xu, K. Sun, S. Juodkazis, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 605, 85 (2000).
[CrossRef]

Nishimura, N.

S. Juodkazis, N. Nishimura, S. Tanaka, H. Misawa, E. G. Gamaly, B. Luther-Davies, L. Hallo, P. Nicolai, and V. T. Tikhonchuk, Phys. Rev. Lett. 96, 166101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Noguchi, K.

K. Noguchi, H. Myazawa, and O. Mitomi, Electron. Lett. 34, 661 (1998).
[CrossRef]

Peithmann, K.

B. Andreas, K. Peithmann, K. Buse, and K. Maier, Appl. Phys. Lett. 84, 3813 (2004).
[CrossRef]

Psaltis, D.

Roussey, M.

M. Roussey, M. P. Bernal, N. Courjal, and F. I. Baida, Appl. Phys. Lett. 87, 241101 (2005).
[CrossRef]

Schmising, C. K.

Schwertner, M.

M. J. Booth, M. Schwertner, T. Wilson, M. Nakano, Y. Kawata, M. Nakabayashi, and S. Miyata, Appl. Phys. Lett. 88, 031109 (2006).
[CrossRef]

Straub, M.

G. Zhou, M. J. Ventura, M. Straub, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 84, 4415 (2004).
[CrossRef]

M. J. Ventura, M. Straub, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 82, 1649 (2003).
[CrossRef]

Sturman, B.

Sun, H.-B.

H.-B. Sun, Y. Xu, S. Juodkazis, K. Sun, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Opt. Lett. 26, 325 (2001).
[CrossRef]

H.-B. Sun, Y. Xu, K. Sun, S. Juodkazis, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 605, 85 (2000).
[CrossRef]

Sun, K.

H.-B. Sun, Y. Xu, S. Juodkazis, K. Sun, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Opt. Lett. 26, 325 (2001).
[CrossRef]

H.-B. Sun, Y. Xu, K. Sun, S. Juodkazis, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 605, 85 (2000).
[CrossRef]

Tanaka, S.

S. Juodkazis, N. Nishimura, S. Tanaka, H. Misawa, E. G. Gamaly, B. Luther-Davies, L. Hallo, P. Nicolai, and V. T. Tikhonchuk, Phys. Rev. Lett. 96, 166101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Tikhonchuk, V. T.

S. Juodkazis, N. Nishimura, S. Tanaka, H. Misawa, E. G. Gamaly, B. Luther-Davies, L. Hallo, P. Nicolai, and V. T. Tikhonchuk, Phys. Rev. Lett. 96, 166101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Vanner, M. R.

G. Zhou, M. J. Ventura, M. R. Vanner, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 86, 011108 (2005).
[CrossRef]

Ventura, M. J.

G. Zhou, M. J. Ventura, M. R. Vanner, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 86, 011108 (2005).
[CrossRef]

G. Zhou, M. J. Ventura, M. Straub, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 84, 4415 (2004).
[CrossRef]

M. J. Ventura, M. Straub, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 82, 1649 (2003).
[CrossRef]

Watanabe, M.

H.-B. Sun, Y. Xu, S. Juodkazis, K. Sun, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Opt. Lett. 26, 325 (2001).
[CrossRef]

H.-B. Sun, Y. Xu, K. Sun, S. Juodkazis, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 605, 85 (2000).
[CrossRef]

Wilson, T.

M. J. Booth, M. Schwertner, T. Wilson, M. Nakano, Y. Kawata, M. Nakabayashi, and S. Miyata, Appl. Phys. Lett. 88, 031109 (2006).
[CrossRef]

M. J. Booth and T. Wilson, J. Biomed. Opt. 6, 266 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Xu, Y.

H.-B. Sun, Y. Xu, S. Juodkazis, K. Sun, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Opt. Lett. 26, 325 (2001).
[CrossRef]

H.-B. Sun, Y. Xu, K. Sun, S. Juodkazis, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 605, 85 (2000).
[CrossRef]

Zhou, G.

G. Zhou, M. J. Ventura, M. R. Vanner, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 86, 011108 (2005).
[CrossRef]

G. Zhou and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 87, 241107 (2005).
[CrossRef]

G. Zhou, M. J. Ventura, M. Straub, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 84, 4415 (2004).
[CrossRef]

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. Lett. (10)

O. Beyer, I. Breunig, F. Kalkum, and K. Buse, Appl. Phys. Lett. 88, 051120 (2006).
[CrossRef]

M. Roussey, M. P. Bernal, N. Courjal, and F. I. Baida, Appl. Phys. Lett. 87, 241101 (2005).
[CrossRef]

G. Zhou and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 87, 241107 (2005).
[CrossRef]

D. Day and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 80, 2404 (2002).
[CrossRef]

M. J. Ventura, M. Straub, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 82, 1649 (2003).
[CrossRef]

G. Zhou, M. J. Ventura, M. Straub, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 84, 4415 (2004).
[CrossRef]

G. Zhou, M. J. Ventura, M. R. Vanner, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 86, 011108 (2005).
[CrossRef]

E. N. Glezer and E. Mazur, Appl. Phys. Lett. 71, 882 (1997).
[CrossRef]

B. Andreas, K. Peithmann, K. Buse, and K. Maier, Appl. Phys. Lett. 84, 3813 (2004).
[CrossRef]

M. J. Booth, M. Schwertner, T. Wilson, M. Nakano, Y. Kawata, M. Nakabayashi, and S. Miyata, Appl. Phys. Lett. 88, 031109 (2006).
[CrossRef]

Electron. Lett. (1)

K. Noguchi, H. Myazawa, and O. Mitomi, Electron. Lett. 34, 661 (1998).
[CrossRef]

J. Biomed. Opt. (1)

M. J. Booth and T. Wilson, J. Biomed. Opt. 6, 266 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

Mater. Res. Soc. Symp. Proc. (1)

H.-B. Sun, Y. Xu, K. Sun, S. Juodkazis, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 605, 85 (2000).
[CrossRef]

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. Lett. (1)

S. Juodkazis, N. Nishimura, S. Tanaka, H. Misawa, E. G. Gamaly, B. Luther-Davies, L. Hallo, P. Nicolai, and V. T. Tikhonchuk, Phys. Rev. Lett. 96, 166101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Other (1)

M. Gu, Advanced Optical Imaging Theory (Springer, 2000).

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) Transverse and (b) axial cross sections of the 3D IPSF at different depths in the LiNbO 3 slab for a 1.4 NA oil immersion objective. The inset in (a) shows the principle of refractive index mismatch-induced spherical aberration. The insets in (b) show the intensity distribution in the focus region at different depths.

Fig. 2
Fig. 2

Peak intensity of the IPSF and the calculated focus shift as a function of the focus depth in the LiNbO 3 slab. The solid diamonds ( ) denote the experimental focus shifts. The objective is the same as in Fig. 1.

Fig. 3
Fig. 3

(a)–(c) Side-view confocal transmission images of voids fabricated in the LiNbO 3 slab with a power far above the threshold. (d) Side-view confocal transmission image of voids at different depths fabricated near the threshold with a depth difference of the diffraction-limit focus between adjacent rows of 2 μ m . (e) Confocal transmission image of a 16-layer fcc structure with a lattice constant of 4.5 μ m .

Fig. 4
Fig. 4

(a) Transmittance spectra of the 16-layer fcc structure with a = 4.5 μ m for the angle of incidence from 12 ° to 17 ° . (b) Dependence of the gap position on the angle of incidence. (c) Transmittance spectra of the 16-layer fcc structure with a = 4.5 μ m for the angle of incidence from 0 ° to 3.4 ° . (d) Dependence of the gap position on the lattice constant.

Metrics