Abstract

Enhanced two-photon fluorescence (TPF) spectroscopy with novel high-finesse resonant polymeric grating waveguide structures (GWSs) is presented. Under resonant conditions the field enhancement at the surface of a GWS can be exploited for TPF spectroscopy without the need for highly focused laser excitation light. We compare the TPF obtained by placing a drop of tetramethylrhodamine (TMR) on top of a GWS with that obtained with TMR on top of a glass substrate. Our procedure and results indicate that the detection of TPF can be improved by a factor of 10 with resonant GWSs.

© 2004 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. W. Denk, J. H. Strickler, W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. P. Schwille, U. Haupts, S. Maiti, and W. W. Webb, Biophys. J. 77, 2251 (1999).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. P. S. Dittrich and P. Schwille, Appl. Phys. B 73, 829 (2001).
    [CrossRef]
  4. A. Donval, E. Toussaere, J. Zyss, G. Levy-Yurista, E. Jonsson, and A. A. Friesem, Synth. Met. 124, 19 (2001).
    [CrossRef]
  5. A. Sharon, D. Rosenblatt, and A. A. Friesem, J. Opt. Soc. Am. A 14, 2985 (1997).
    [CrossRef]
  6. H. Kano and S. Kawata, Opt. Lett. 21, 1848 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. W. Wenseleers, F. Stellacci, T. Meyer-Friedrichsen, T. Mangel, Ch. A. Bauer, S. J. K. Pond, S. R. Marder, and J. W. Perry, J. Phys. Chem. B 106, 6853 (2002).
  8. D. K. Jacobs, S. C. Dunn, and M. G. Moharam, J. Opt. Soc. Am. A 18, 2109 (2001).
    [CrossRef]
  9. G. L. Duveneck, M. A. Bopp, M. Ehrat, M. Haiml, U. Keller, M. A. Bader, G. Marowsky, and S. Soria, Appl. Phys. B 73, 869 (2001).
    [CrossRef]

2002

W. Wenseleers, F. Stellacci, T. Meyer-Friedrichsen, T. Mangel, Ch. A. Bauer, S. J. K. Pond, S. R. Marder, and J. W. Perry, J. Phys. Chem. B 106, 6853 (2002).

2001

D. K. Jacobs, S. C. Dunn, and M. G. Moharam, J. Opt. Soc. Am. A 18, 2109 (2001).
[CrossRef]

G. L. Duveneck, M. A. Bopp, M. Ehrat, M. Haiml, U. Keller, M. A. Bader, G. Marowsky, and S. Soria, Appl. Phys. B 73, 869 (2001).
[CrossRef]

P. S. Dittrich and P. Schwille, Appl. Phys. B 73, 829 (2001).
[CrossRef]

A. Donval, E. Toussaere, J. Zyss, G. Levy-Yurista, E. Jonsson, and A. A. Friesem, Synth. Met. 124, 19 (2001).
[CrossRef]

1999

P. Schwille, U. Haupts, S. Maiti, and W. W. Webb, Biophys. J. 77, 2251 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

1997

A. Sharon, D. Rosenblatt, and A. A. Friesem, J. Opt. Soc. Am. A 14, 2985 (1997).
[CrossRef]

1996

1990

W. Denk, J. H. Strickler, W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Bader, M. A.

G. L. Duveneck, M. A. Bopp, M. Ehrat, M. Haiml, U. Keller, M. A. Bader, G. Marowsky, and S. Soria, Appl. Phys. B 73, 869 (2001).
[CrossRef]

Bauer, Ch. A.

W. Wenseleers, F. Stellacci, T. Meyer-Friedrichsen, T. Mangel, Ch. A. Bauer, S. J. K. Pond, S. R. Marder, and J. W. Perry, J. Phys. Chem. B 106, 6853 (2002).

Bopp, M. A.

G. L. Duveneck, M. A. Bopp, M. Ehrat, M. Haiml, U. Keller, M. A. Bader, G. Marowsky, and S. Soria, Appl. Phys. B 73, 869 (2001).
[CrossRef]

Denk, W.

W. Denk, J. H. Strickler, W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Dittrich, P. S.

P. S. Dittrich and P. Schwille, Appl. Phys. B 73, 829 (2001).
[CrossRef]

Donval, A.

A. Donval, E. Toussaere, J. Zyss, G. Levy-Yurista, E. Jonsson, and A. A. Friesem, Synth. Met. 124, 19 (2001).
[CrossRef]

Dunn, S. C.

D. K. Jacobs, S. C. Dunn, and M. G. Moharam, J. Opt. Soc. Am. A 18, 2109 (2001).
[CrossRef]

Duveneck, G. L.

G. L. Duveneck, M. A. Bopp, M. Ehrat, M. Haiml, U. Keller, M. A. Bader, G. Marowsky, and S. Soria, Appl. Phys. B 73, 869 (2001).
[CrossRef]

Ehrat, M.

G. L. Duveneck, M. A. Bopp, M. Ehrat, M. Haiml, U. Keller, M. A. Bader, G. Marowsky, and S. Soria, Appl. Phys. B 73, 869 (2001).
[CrossRef]

Friesem, A. A.

A. Donval, E. Toussaere, J. Zyss, G. Levy-Yurista, E. Jonsson, and A. A. Friesem, Synth. Met. 124, 19 (2001).
[CrossRef]

A. Sharon, D. Rosenblatt, and A. A. Friesem, J. Opt. Soc. Am. A 14, 2985 (1997).
[CrossRef]

Haiml, M.

G. L. Duveneck, M. A. Bopp, M. Ehrat, M. Haiml, U. Keller, M. A. Bader, G. Marowsky, and S. Soria, Appl. Phys. B 73, 869 (2001).
[CrossRef]

Haupts, U.

P. Schwille, U. Haupts, S. Maiti, and W. W. Webb, Biophys. J. 77, 2251 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Jacobs, D. K.

D. K. Jacobs, S. C. Dunn, and M. G. Moharam, J. Opt. Soc. Am. A 18, 2109 (2001).
[CrossRef]

Jonsson, E.

A. Donval, E. Toussaere, J. Zyss, G. Levy-Yurista, E. Jonsson, and A. A. Friesem, Synth. Met. 124, 19 (2001).
[CrossRef]

Kano, H.

Kawata, S.

Keller, U.

G. L. Duveneck, M. A. Bopp, M. Ehrat, M. Haiml, U. Keller, M. A. Bader, G. Marowsky, and S. Soria, Appl. Phys. B 73, 869 (2001).
[CrossRef]

Levy-Yurista, G.

A. Donval, E. Toussaere, J. Zyss, G. Levy-Yurista, E. Jonsson, and A. A. Friesem, Synth. Met. 124, 19 (2001).
[CrossRef]

Maiti, S.

P. Schwille, U. Haupts, S. Maiti, and W. W. Webb, Biophys. J. 77, 2251 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Mangel, T.

W. Wenseleers, F. Stellacci, T. Meyer-Friedrichsen, T. Mangel, Ch. A. Bauer, S. J. K. Pond, S. R. Marder, and J. W. Perry, J. Phys. Chem. B 106, 6853 (2002).

Marder, S. R.

W. Wenseleers, F. Stellacci, T. Meyer-Friedrichsen, T. Mangel, Ch. A. Bauer, S. J. K. Pond, S. R. Marder, and J. W. Perry, J. Phys. Chem. B 106, 6853 (2002).

Marowsky, G.

G. L. Duveneck, M. A. Bopp, M. Ehrat, M. Haiml, U. Keller, M. A. Bader, G. Marowsky, and S. Soria, Appl. Phys. B 73, 869 (2001).
[CrossRef]

Meyer-Friedrichsen, T.

W. Wenseleers, F. Stellacci, T. Meyer-Friedrichsen, T. Mangel, Ch. A. Bauer, S. J. K. Pond, S. R. Marder, and J. W. Perry, J. Phys. Chem. B 106, 6853 (2002).

Moharam, M. G.

D. K. Jacobs, S. C. Dunn, and M. G. Moharam, J. Opt. Soc. Am. A 18, 2109 (2001).
[CrossRef]

Perry, J. W.

W. Wenseleers, F. Stellacci, T. Meyer-Friedrichsen, T. Mangel, Ch. A. Bauer, S. J. K. Pond, S. R. Marder, and J. W. Perry, J. Phys. Chem. B 106, 6853 (2002).

Pond, S. J. K.

W. Wenseleers, F. Stellacci, T. Meyer-Friedrichsen, T. Mangel, Ch. A. Bauer, S. J. K. Pond, S. R. Marder, and J. W. Perry, J. Phys. Chem. B 106, 6853 (2002).

Rosenblatt, D.

A. Sharon, D. Rosenblatt, and A. A. Friesem, J. Opt. Soc. Am. A 14, 2985 (1997).
[CrossRef]

Schwille, P.

P. S. Dittrich and P. Schwille, Appl. Phys. B 73, 829 (2001).
[CrossRef]

P. Schwille, U. Haupts, S. Maiti, and W. W. Webb, Biophys. J. 77, 2251 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Sharon, A.

A. Sharon, D. Rosenblatt, and A. A. Friesem, J. Opt. Soc. Am. A 14, 2985 (1997).
[CrossRef]

Soria, S.

G. L. Duveneck, M. A. Bopp, M. Ehrat, M. Haiml, U. Keller, M. A. Bader, G. Marowsky, and S. Soria, Appl. Phys. B 73, 869 (2001).
[CrossRef]

Stellacci, F.

W. Wenseleers, F. Stellacci, T. Meyer-Friedrichsen, T. Mangel, Ch. A. Bauer, S. J. K. Pond, S. R. Marder, and J. W. Perry, J. Phys. Chem. B 106, 6853 (2002).

Strickler, J. H.

W. Denk, J. H. Strickler, W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Toussaere, E.

A. Donval, E. Toussaere, J. Zyss, G. Levy-Yurista, E. Jonsson, and A. A. Friesem, Synth. Met. 124, 19 (2001).
[CrossRef]

Webb, W. W.

P. Schwille, U. Haupts, S. Maiti, and W. W. Webb, Biophys. J. 77, 2251 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

W. Denk, J. H. Strickler, W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Wenseleers, W.

W. Wenseleers, F. Stellacci, T. Meyer-Friedrichsen, T. Mangel, Ch. A. Bauer, S. J. K. Pond, S. R. Marder, and J. W. Perry, J. Phys. Chem. B 106, 6853 (2002).

Zyss, J.

A. Donval, E. Toussaere, J. Zyss, G. Levy-Yurista, E. Jonsson, and A. A. Friesem, Synth. Met. 124, 19 (2001).
[CrossRef]

Appl. Phys. B

G. L. Duveneck, M. A. Bopp, M. Ehrat, M. Haiml, U. Keller, M. A. Bader, G. Marowsky, and S. Soria, Appl. Phys. B 73, 869 (2001).
[CrossRef]

Appl. Phys. B

P. S. Dittrich and P. Schwille, Appl. Phys. B 73, 829 (2001).
[CrossRef]

Biophys. J.

P. Schwille, U. Haupts, S. Maiti, and W. W. Webb, Biophys. J. 77, 2251 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

J. Opt. Soc. Am. A

A. Sharon, D. Rosenblatt, and A. A. Friesem, J. Opt. Soc. Am. A 14, 2985 (1997).
[CrossRef]

D. K. Jacobs, S. C. Dunn, and M. G. Moharam, J. Opt. Soc. Am. A 18, 2109 (2001).
[CrossRef]

J. Phys. Chem. B

W. Wenseleers, F. Stellacci, T. Meyer-Friedrichsen, T. Mangel, Ch. A. Bauer, S. J. K. Pond, S. R. Marder, and J. W. Perry, J. Phys. Chem. B 106, 6853 (2002).

Opt. Lett.

Science

W. Denk, J. H. Strickler, W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Synth. Met.

A. Donval, E. Toussaere, J. Zyss, G. Levy-Yurista, E. Jonsson, and A. A. Friesem, Synth. Met. 124, 19 (2001).
[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

Experimental arrangement for evaluation of TPF: (a) Experimental arrangement, (b) GWS configuration with a TMR drop. ND, neutral-density filter; L1, L2, lenses.

Fig. 2
Fig. 2

Experimental measurements of the spectral response of a polymeric GWS for TE-polarization excitation: triangles, without TMR; squares, with TMR; solid curve, reference pulse. For a bare GWS the transmission intensity drops by 90%.

Fig. 3
Fig. 3

TPF signal with GWS for several excitation wavelengths. Filled squares denote the excitation wavelength at resonance (TE mode); open squares, the excitation wavelength out of resonance (TM mode); triangles, maximum two-photon absorption (TE mode); circles, lower limit of the FWHM (TE mode). Average intensity, 127 W/cm2.

Fig. 4
Fig. 4

TPF signal for λ=844 nm. TIRF, total internal reflectance fluorescence.

Metrics