Abstract

Fabrication of dielectric optical components for surface plasmon polaritons (SPPs) by two-photon polymerization (2PP) is studied. This direct-write femtosecond laser technology provides a low-cost and flexible method for the fabrication and investigation of plasmonic structures and optical components. Using the 2PP technique, we fabricated narrow dielectric ridges with dimensions as small as 150nm on metal surfaces. SPP excitation with the laser-fabricated structures and guiding along them are demonstrated.

© 2006 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. H. Raether, Surface Plasmons, Vol. 111 of Springer Tracts in Modern Physics (Springer-Verlag, 1988).
  2. W. L. Barnes, A. Dereux, and T. W. Ebbesen, Nature 424, 824 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. S. I. Bozhevolnyi and V. Coello, Phys. Rev. B 58, 10899 (1998).
    [CrossRef]
  4. J. R. Krenn, H. Ditlbacher, G. Schider, A. Hohenau, A. Leitner, and F. R. Aussenegg, J. Microsc. 209, 167 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. R. Charbonneau, N. Lahoud, G. Mattiussi, and P. Berini, Opt. Express 13, 977 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. S. Maruo, O. Nakamura, and S. Kawata, Opt. Lett. 22, 132 (1997).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. S. Kawata, H.-B. Sun, T. Tanaka, and K. Takada, Nature 412, 697 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
    [CrossRef]
  9. J. Serbin, A. Egbert, A. Ostendorf, B. N. Chichkov, R. Houbertz, G. Domann, J. Schulz, C. Cronauer, L. Frohlich, and M. Popall, Opt. Lett. 28, 301 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. J. Koch, E. Fadeeva, M. Engelbrecht, C. Ruffert, H. H. Gatzen, A. Ostendorf, and B. N. Chichkov, Appl. Phys. A 82, 23 (2006).
    [CrossRef]
  11. J. Serbin, A. Ovsianikov, and B. N. Chichkov, Opt. Express 12, 5221 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. M. Deubel, G. von Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nat. Mater. 3, 444 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. For information about ORMOCER see http://www.microresist.de/ormocerlowbaren.htm.

2006 (1)

J. Koch, E. Fadeeva, M. Engelbrecht, C. Ruffert, H. H. Gatzen, A. Ostendorf, and B. N. Chichkov, Appl. Phys. A 82, 23 (2006).
[CrossRef]

2005 (1)

2004 (2)

J. Serbin, A. Ovsianikov, and B. N. Chichkov, Opt. Express 12, 5221 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

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

2003 (3)

J. Serbin, A. Egbert, A. Ostendorf, B. N. Chichkov, R. Houbertz, G. Domann, J. Schulz, C. Cronauer, L. Frohlich, and M. Popall, Opt. Lett. 28, 301 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

W. L. Barnes, A. Dereux, and T. W. Ebbesen, Nature 424, 824 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

J. R. Krenn, H. Ditlbacher, G. Schider, A. Hohenau, A. Leitner, and F. R. Aussenegg, J. Microsc. 209, 167 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

2001 (1)

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

1999 (1)

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

1998 (1)

S. I. Bozhevolnyi and V. Coello, Phys. Rev. B 58, 10899 (1998).
[CrossRef]

1997 (1)

1988 (1)

H. Raether, Surface Plasmons, Vol. 111 of Springer Tracts in Modern Physics (Springer-Verlag, 1988).

Ananthavel, S. P.

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Aussenegg, F. R.

J. R. Krenn, H. Ditlbacher, G. Schider, A. Hohenau, A. Leitner, and F. R. Aussenegg, J. Microsc. 209, 167 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Barlow, S.

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Barnes, W. L.

W. L. Barnes, A. Dereux, and T. W. Ebbesen, Nature 424, 824 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Berini, P.

Bozhevolnyi, S. I.

S. I. Bozhevolnyi and V. Coello, Phys. Rev. B 58, 10899 (1998).
[CrossRef]

Busch, K.

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

Charbonneau, R.

Chichkov, B. N.

Coello, V.

S. I. Bozhevolnyi and V. Coello, Phys. Rev. B 58, 10899 (1998).
[CrossRef]

Cronauer, C.

Cumpston, B. H.

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Dereux, A.

W. L. Barnes, A. Dereux, and T. W. Ebbesen, Nature 424, 824 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Deubel, M.

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

Ditlbacher, H.

J. R. Krenn, H. Ditlbacher, G. Schider, A. Hohenau, A. Leitner, and F. R. Aussenegg, J. Microsc. 209, 167 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Domann, G.

Dyer, D. L.

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Ebbesen, T. W.

W. L. Barnes, A. Dereux, and T. W. Ebbesen, Nature 424, 824 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Egbert, A.

Ehrlich, J. E.

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Engelbrecht, M.

J. Koch, E. Fadeeva, M. Engelbrecht, C. Ruffert, H. H. Gatzen, A. Ostendorf, and B. N. Chichkov, Appl. Phys. A 82, 23 (2006).
[CrossRef]

Erskine, L. L.

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Fadeeva, E.

J. Koch, E. Fadeeva, M. Engelbrecht, C. Ruffert, H. H. Gatzen, A. Ostendorf, and B. N. Chichkov, Appl. Phys. A 82, 23 (2006).
[CrossRef]

Frohlich, L.

Gatzen, H. H.

J. Koch, E. Fadeeva, M. Engelbrecht, C. Ruffert, H. H. Gatzen, A. Ostendorf, and B. N. Chichkov, Appl. Phys. A 82, 23 (2006).
[CrossRef]

Heikal, A. A.

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Hohenau, A.

J. R. Krenn, H. Ditlbacher, G. Schider, A. Hohenau, A. Leitner, and F. R. Aussenegg, J. Microsc. 209, 167 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Houbertz, R.

Kawata, S.

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

S. Maruo, O. Nakamura, and S. Kawata, Opt. Lett. 22, 132 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Koch, J.

J. Koch, E. Fadeeva, M. Engelbrecht, C. Ruffert, H. H. Gatzen, A. Ostendorf, and B. N. Chichkov, Appl. Phys. A 82, 23 (2006).
[CrossRef]

Krenn, J. R.

J. R. Krenn, H. Ditlbacher, G. Schider, A. Hohenau, A. Leitner, and F. R. Aussenegg, J. Microsc. 209, 167 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Kuebler, S. M.

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Lahoud, N.

Lee, I.-Y. S.

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Leitner, A.

J. R. Krenn, H. Ditlbacher, G. Schider, A. Hohenau, A. Leitner, and F. R. Aussenegg, J. Microsc. 209, 167 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Marder, S. R.

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Maruo, S.

Mattiussi, G.

McCord-Maughon, D.

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Nakamura, O.

Ostendorf, A.

J. Koch, E. Fadeeva, M. Engelbrecht, C. Ruffert, H. H. Gatzen, A. Ostendorf, and B. N. Chichkov, Appl. Phys. A 82, 23 (2006).
[CrossRef]

J. Serbin, A. Egbert, A. Ostendorf, B. N. Chichkov, R. Houbertz, G. Domann, J. Schulz, C. Cronauer, L. Frohlich, and M. Popall, Opt. Lett. 28, 301 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Ovsianikov, A.

Pereira, S.

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

Perry, J. W.

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Popall, M.

Qin, J.

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Raether, H.

H. Raether, Surface Plasmons, Vol. 111 of Springer Tracts in Modern Physics (Springer-Verlag, 1988).

Rockel, H.

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Ruffert, C.

J. Koch, E. Fadeeva, M. Engelbrecht, C. Ruffert, H. H. Gatzen, A. Ostendorf, and B. N. Chichkov, Appl. Phys. A 82, 23 (2006).
[CrossRef]

Rumi, M.

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Schider, G.

J. R. Krenn, H. Ditlbacher, G. Schider, A. Hohenau, A. Leitner, and F. R. Aussenegg, J. Microsc. 209, 167 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Schulz, J.

Serbin, J.

Soukoulis, C. M.

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

Sun, H.-B.

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

Takada, K.

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

Tanaka, T.

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

von Freymann, G.

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

Wegener, M.

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

Wu, X.-L.

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Appl. Phys. A (1)

J. Koch, E. Fadeeva, M. Engelbrecht, C. Ruffert, H. H. Gatzen, A. Ostendorf, and B. N. Chichkov, Appl. Phys. A 82, 23 (2006).
[CrossRef]

J. Microsc. (1)

J. R. Krenn, H. Ditlbacher, G. Schider, A. Hohenau, A. Leitner, and F. R. Aussenegg, J. Microsc. 209, 167 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Nat. Mater. (1)

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

Nature (3)

W. L. Barnes, A. Dereux, and T. W. Ebbesen, Nature 424, 824 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

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

B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L. Dyer, J. E. Ehrlich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S. M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Rockel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. B (1)

S. I. Bozhevolnyi and V. Coello, Phys. Rev. B 58, 10899 (1998).
[CrossRef]

Other (2)

For information about ORMOCER see http://www.microresist.de/ormocerlowbaren.htm.

H. Raether, Surface Plasmons, Vol. 111 of Springer Tracts in Modern Physics (Springer-Verlag, 1988).

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 (5)

Fig. 1
Fig. 1

Sample preparation and experimental setup for the fabrication of polymerized ORMOCER structures upon gold-coated glass substrates.

Fig. 2
Fig. 2

SEM images of the waveguide structures fabricated on (a) gold and (b) glass substrates.

Fig. 3
Fig. 3

Dependencies of the voxel’s diameter on average laser power for the structures fabricated on the gold and glass surfaces by 2PP at a fixed illumination time of 200 ms . The curves provide theoretical fits of the experimental data.

Fig. 4
Fig. 4

SEM image of a Y splitter waveguide fabricated with gradually increasing laser power from 6 to 14 mW .

Fig. 5
Fig. 5

Topographic image and SPP near-field intensity distribution at wavelength of 1520 nm recorded simultaneously by scanning near-field optical microscopy.

Equations (1)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

d ( N 0 , t ) = r 0 [ ln ( σ 2 N 0 2 n τ C ) ] 1 2 ,

Metrics