Abstract

We describe the use of a crossed-beam irradiation system in three-dimensional femtosecond laser microprocessing to obtain three-dimensionally isotropic spatial resolution. In the crossed-beam geometry, two orthogonal objective lenses are arranged to share a common focal point. The synthesized focal spot produces an isotropic illumination volume. We demonstrate that microfluidic channels with substantially circular cross-sectional shapes can be directly fabricated inside glass by using the crossed-beam irradiation system.

© 2006 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. S. Kawata, H.-B. Sun, T. Tanaka, and K. Tanaka, Nature 412, 697 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. H.-B. Sun, M. Maeda, K. Takada, J. W. M. Chon, M. Gu, and S. Kawata, Appl. Phys. Lett. 83, 819 (2003).
    [CrossRef]
  3. K. M. Davis, K. Miura, N. Sugimoto, and K. Hirao, Opt. Lett. 21, 1729 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, H. Helvajian, and K. Midorikawa, Appl. Phys. A 76, 857 (2003).
    [CrossRef]
  5. O. Lehmanin and M. Stuke, Mater. Lett. 21, 131 (1994).
    [CrossRef]
  6. E. H. K. Stelzer and S. Lindek, Opt. Commun. 111, 536 (1994).
    [CrossRef]
  7. W. W. Hansen, S. W. Janson, and H. Helvajian, in Proc. SPIE 2991, 104 (1997).
    [CrossRef]
  8. M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, and K. Midorikawa, in Proc. SPIE 4830, 576 (2002).
    [CrossRef]
  9. T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, J. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
    [CrossRef]
  10. M. Deubel, G. V. Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nat. Mater. 3, 444 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]

2005

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, J. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

2004

M. Deubel, G. V. Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nat. Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

2003

H.-B. Sun, M. Maeda, K. Takada, J. W. M. Chon, M. Gu, and S. Kawata, Appl. Phys. Lett. 83, 819 (2003).
[CrossRef]

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, H. Helvajian, and K. Midorikawa, Appl. Phys. A 76, 857 (2003).
[CrossRef]

2002

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, and K. Midorikawa, in Proc. SPIE 4830, 576 (2002).
[CrossRef]

2001

S. Kawata, H.-B. Sun, T. Tanaka, and K. Tanaka, Nature 412, 697 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

1997

W. W. Hansen, S. W. Janson, and H. Helvajian, in Proc. SPIE 2991, 104 (1997).
[CrossRef]

1996

1994

O. Lehmanin and M. Stuke, Mater. Lett. 21, 131 (1994).
[CrossRef]

E. H. K. Stelzer and S. Lindek, Opt. Commun. 111, 536 (1994).
[CrossRef]

Aoki, N.

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, H. Helvajian, and K. Midorikawa, Appl. Phys. A 76, 857 (2003).
[CrossRef]

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, and K. Midorikawa, in Proc. SPIE 4830, 576 (2002).
[CrossRef]

Busch, K.

M. Deubel, G. V. Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nat. Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Cheng, Y.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, J. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, H. Helvajian, and K. Midorikawa, Appl. Phys. A 76, 857 (2003).
[CrossRef]

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, and K. Midorikawa, in Proc. SPIE 4830, 576 (2002).
[CrossRef]

Chon, J. W. M.

H.-B. Sun, M. Maeda, K. Takada, J. W. M. Chon, M. Gu, and S. Kawata, Appl. Phys. Lett. 83, 819 (2003).
[CrossRef]

Davis, K. M.

Deubel, M.

M. Deubel, G. V. Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nat. Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Freymann, G. V.

M. Deubel, G. V. Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nat. Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Gu, M.

H.-B. Sun, M. Maeda, K. Takada, J. W. M. Chon, M. Gu, and S. Kawata, Appl. Phys. Lett. 83, 819 (2003).
[CrossRef]

Hansen, W. W.

W. W. Hansen, S. W. Janson, and H. Helvajian, in Proc. SPIE 2991, 104 (1997).
[CrossRef]

Helvajian, H.

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, H. Helvajian, and K. Midorikawa, Appl. Phys. A 76, 857 (2003).
[CrossRef]

W. W. Hansen, S. W. Janson, and H. Helvajian, in Proc. SPIE 2991, 104 (1997).
[CrossRef]

Hirao, K.

Hongo, T.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, J. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

Janson, S. W.

W. W. Hansen, S. W. Janson, and H. Helvajian, in Proc. SPIE 2991, 104 (1997).
[CrossRef]

Kawachi, M.

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, H. Helvajian, and K. Midorikawa, Appl. Phys. A 76, 857 (2003).
[CrossRef]

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, and K. Midorikawa, in Proc. SPIE 4830, 576 (2002).
[CrossRef]

Kawata, S.

H.-B. Sun, M. Maeda, K. Takada, J. W. M. Chon, M. Gu, and S. Kawata, Appl. Phys. Lett. 83, 819 (2003).
[CrossRef]

S. Kawata, H.-B. Sun, T. Tanaka, and K. Tanaka, Nature 412, 697 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Lehmanin, O.

O. Lehmanin and M. Stuke, Mater. Lett. 21, 131 (1994).
[CrossRef]

Lindek, S.

E. H. K. Stelzer and S. Lindek, Opt. Commun. 111, 536 (1994).
[CrossRef]

Maeda, M.

H.-B. Sun, M. Maeda, K. Takada, J. W. M. Chon, M. Gu, and S. Kawata, Appl. Phys. Lett. 83, 819 (2003).
[CrossRef]

Masuda, M.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, J. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, H. Helvajian, and K. Midorikawa, Appl. Phys. A 76, 857 (2003).
[CrossRef]

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, and K. Midorikawa, in Proc. SPIE 4830, 576 (2002).
[CrossRef]

Midorikawa, K.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, J. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, H. Helvajian, and K. Midorikawa, Appl. Phys. A 76, 857 (2003).
[CrossRef]

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, and K. Midorikawa, in Proc. SPIE 4830, 576 (2002).
[CrossRef]

Miura, K.

Miyamoto, J.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, J. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

Niino, H.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, J. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

Pereira, S.

M. Deubel, G. V. Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nat. Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Shihoyama, K.

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, H. Helvajian, and K. Midorikawa, Appl. Phys. A 76, 857 (2003).
[CrossRef]

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, and K. Midorikawa, in Proc. SPIE 4830, 576 (2002).
[CrossRef]

Soukoulis, C. M.

M. Deubel, G. V. Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nat. Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Stelzer, E. H. K.

E. H. K. Stelzer and S. Lindek, Opt. Commun. 111, 536 (1994).
[CrossRef]

Stuke, M.

O. Lehmanin and M. Stuke, Mater. Lett. 21, 131 (1994).
[CrossRef]

Sugimoto, N.

Sugioka, K.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, J. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, H. Helvajian, and K. Midorikawa, Appl. Phys. A 76, 857 (2003).
[CrossRef]

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, and K. Midorikawa, in Proc. SPIE 4830, 576 (2002).
[CrossRef]

Sun, H.-B.

H.-B. Sun, M. Maeda, K. Takada, J. W. M. Chon, M. Gu, and S. Kawata, Appl. Phys. Lett. 83, 819 (2003).
[CrossRef]

S. Kawata, H.-B. Sun, T. Tanaka, and K. Tanaka, Nature 412, 697 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Takada, K.

H.-B. Sun, M. Maeda, K. Takada, J. W. M. Chon, M. Gu, and S. Kawata, Appl. Phys. Lett. 83, 819 (2003).
[CrossRef]

Takai, H.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, J. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

Tanaka, K.

S. Kawata, H.-B. Sun, T. Tanaka, and K. Tanaka, Nature 412, 697 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Tanaka, T.

S. Kawata, H.-B. Sun, T. Tanaka, and K. Tanaka, Nature 412, 697 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Toyoda, K.

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, H. Helvajian, and K. Midorikawa, Appl. Phys. A 76, 857 (2003).
[CrossRef]

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, and K. Midorikawa, in Proc. SPIE 4830, 576 (2002).
[CrossRef]

Wegener, M.

M. Deubel, G. V. Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nat. Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Appl. Phys. A

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, H. Helvajian, and K. Midorikawa, Appl. Phys. A 76, 857 (2003).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

H.-B. Sun, M. Maeda, K. Takada, J. W. M. Chon, M. Gu, and S. Kawata, Appl. Phys. Lett. 83, 819 (2003).
[CrossRef]

J. Appl. Phys.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, J. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

Mater. Lett.

O. Lehmanin and M. Stuke, Mater. Lett. 21, 131 (1994).
[CrossRef]

Nat. Mater.

M. Deubel, G. V. Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nat. Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Nature

S. Kawata, H.-B. Sun, T. Tanaka, and K. Tanaka, Nature 412, 697 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Commun.

E. H. K. Stelzer and S. Lindek, Opt. Commun. 111, 536 (1994).
[CrossRef]

Opt. Lett.

Proc. SPIE

W. W. Hansen, S. W. Janson, and H. Helvajian, in Proc. SPIE 2991, 104 (1997).
[CrossRef]

M. Masuda, K. Sugioka, Y. Cheng, N. Aoki, M. Kawachi, K. Shihoyama, K. Toyoda, and K. Midorikawa, in Proc. SPIE 4830, 576 (2002).
[CrossRef]

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

Numerical simulations of the laser intensity distributions near the foci produced by (a) single-beam irradiation and (b) crossed-beam irradiation geometries. Units of both r and z axes are micrometers. The white arrows indicate the propagation directions of the focused laser beams. The red circle indicates the threshold laser intensity for modification of Foturan glass.

Fig. 2
Fig. 2

Schematic diagram of the 3D fs laser microprocessing workstation equipped with a crossed-beam irradiation system. The polarization axes of the crossed laser beams are perpendicular to the plane defined by the two beams at the focal volume.

Fig. 3
Fig. 3

Digital-camera images of fs-laser-pulse-induced fluorescence in Foturan glass exposed to crossed-beam irradiation. The pulse energies of each single fs laser beam were 1800 nJ in (a) and 200 nJ in (b).

Fig. 4
Fig. 4

Optical micrographs of the cross-sectional shapes of the microfluidic channels fabricated by (a) single-beam irradiation, (b) crossed-beam irradiation with the laser scanning direction perpendicular to the plane defined by the two beams, and (c) crossed-beam irradiation with the laser scanning direction along the axis of one of the two crossed beams. The scanning geometries for the fabrication of structures in (a)–(c) are presented in (d)–(f), respectively.

Metrics