Abstract

The method of step-by-step formation of correlated 3D phase optical structures is presented. Surface relief gratings (SRG) recorded in azobenzene polymer layers are alternated with layers of a spacer polymer with a different refractive index. A pair of azobenzene and spacer polymers with excellent compatibility makes it possible to prepare layers of good optical quality in a stack without destruction of SRG in the previous layer. A correlated stack of six layers (three active and three spacer layers) with 2D structures of different types (linear, tetragonal, and hexagonal) were built. In this way hierarchical 3D structures with different grating periods or different shapes of SRG can be also produced, resulting in full flexibility of the structure type and grating parameters.

© 2008 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J-H. Jang, C. K. Ullal, M. Maldovan, T. Gorishnyy, S. Kooi, C. Y. Koh, and E. L. Thomas, Adv. Funct. Mater. 17, 3027 (2007).
    [CrossRef]
  2. D. J. Norris and Y. A. Vlasov, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 371 (2001).
    [CrossRef]
  3. Y. Xia, B. Gates, and Z-Yu Li, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 409 (2001).
    [CrossRef]
  4. N. Lauinger, Proc. SPIE 4197, 27 (2000).
    [CrossRef]
  5. J. G. Fleming and S. Y. Lin, Opt. Lett. 24, 49 (1999).
    [CrossRef]
  6. S. Noda, K. Tomoda, N. Yamamoto, and A. Chutinan, Science 289, 604 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. K. Aoki, H. T. Mizayaki, H. Hirayama, K. Inoshita, T. Baba, N. Shinya, and Y. Aoyagi, Appl. Phys. Lett. 81, 3122 (2002).
    [CrossRef]
  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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
    [CrossRef]
  9. M. Deubel, Nat. Mater. 3, 444 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. L. M. Goldenberg, O. Kulikovska, and J. Stumpe, Langmuir 21, 4794 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. O. Kulikovska, L. M. Goldenberg, and J. Stumpe, Chem. Mater. 19, 3343 (2007).
    [CrossRef]
  12. O. Kulikovska, K. Gharagozloo-Hubmann, and J. Stumpe, Proc. SPIE 4802, 85 (2002).
    [CrossRef]

2007 (2)

J-H. Jang, C. K. Ullal, M. Maldovan, T. Gorishnyy, S. Kooi, C. Y. Koh, and E. L. Thomas, Adv. Funct. Mater. 17, 3027 (2007).
[CrossRef]

O. Kulikovska, L. M. Goldenberg, and J. Stumpe, Chem. Mater. 19, 3343 (2007).
[CrossRef]

2005 (1)

L. M. Goldenberg, O. Kulikovska, and J. Stumpe, Langmuir 21, 4794 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

2004 (1)

M. Deubel, Nat. Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

2002 (2)

K. Aoki, H. T. Mizayaki, H. Hirayama, K. Inoshita, T. Baba, N. Shinya, and Y. Aoyagi, Appl. Phys. Lett. 81, 3122 (2002).
[CrossRef]

O. Kulikovska, K. Gharagozloo-Hubmann, and J. Stumpe, Proc. SPIE 4802, 85 (2002).
[CrossRef]

2001 (2)

D. J. Norris and Y. A. Vlasov, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 371 (2001).
[CrossRef]

Y. Xia, B. Gates, and Z-Yu Li, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 409 (2001).
[CrossRef]

2000 (2)

N. Lauinger, Proc. SPIE 4197, 27 (2000).
[CrossRef]

S. Noda, K. Tomoda, N. Yamamoto, and A. Chutinan, Science 289, 604 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

1999 (2)

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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

J. G. Fleming and S. Y. Lin, Opt. Lett. 24, 49 (1999).
[CrossRef]

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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Aoki, K.

K. Aoki, H. T. Mizayaki, H. Hirayama, K. Inoshita, T. Baba, N. Shinya, and Y. Aoyagi, Appl. Phys. Lett. 81, 3122 (2002).
[CrossRef]

Aoyagi, Y.

K. Aoki, H. T. Mizayaki, H. Hirayama, K. Inoshita, T. Baba, N. Shinya, and Y. Aoyagi, Appl. Phys. Lett. 81, 3122 (2002).
[CrossRef]

Baba, T.

K. Aoki, H. T. Mizayaki, H. Hirayama, K. Inoshita, T. Baba, N. Shinya, and Y. Aoyagi, Appl. Phys. Lett. 81, 3122 (2002).
[CrossRef]

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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Chutinan, A.

S. Noda, K. Tomoda, N. Yamamoto, and A. Chutinan, Science 289, 604 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Deubel, M.

M. Deubel, Nat. Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Fleming, J. G.

Gates, B.

Y. Xia, B. Gates, and Z-Yu Li, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 409 (2001).
[CrossRef]

Gharagozloo-Hubmann, K.

O. Kulikovska, K. Gharagozloo-Hubmann, and J. Stumpe, Proc. SPIE 4802, 85 (2002).
[CrossRef]

Goldenberg, L. M.

O. Kulikovska, L. M. Goldenberg, and J. Stumpe, Chem. Mater. 19, 3343 (2007).
[CrossRef]

L. M. Goldenberg, O. Kulikovska, and J. Stumpe, Langmuir 21, 4794 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Gorishnyy, T.

J-H. Jang, C. K. Ullal, M. Maldovan, T. Gorishnyy, S. Kooi, C. Y. Koh, and E. L. Thomas, Adv. Funct. Mater. 17, 3027 (2007).
[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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Hirayama, H.

K. Aoki, H. T. Mizayaki, H. Hirayama, K. Inoshita, T. Baba, N. Shinya, and Y. Aoyagi, Appl. Phys. Lett. 81, 3122 (2002).
[CrossRef]

Inoshita, K.

K. Aoki, H. T. Mizayaki, H. Hirayama, K. Inoshita, T. Baba, N. Shinya, and Y. Aoyagi, Appl. Phys. Lett. 81, 3122 (2002).
[CrossRef]

Jang, J-H.

J-H. Jang, C. K. Ullal, M. Maldovan, T. Gorishnyy, S. Kooi, C. Y. Koh, and E. L. Thomas, Adv. Funct. Mater. 17, 3027 (2007).
[CrossRef]

Koh, C. Y.

J-H. Jang, C. K. Ullal, M. Maldovan, T. Gorishnyy, S. Kooi, C. Y. Koh, and E. L. Thomas, Adv. Funct. Mater. 17, 3027 (2007).
[CrossRef]

Kooi, S.

J-H. Jang, C. K. Ullal, M. Maldovan, T. Gorishnyy, S. Kooi, C. Y. Koh, and E. L. Thomas, Adv. Funct. Mater. 17, 3027 (2007).
[CrossRef]

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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Kulikovska, O.

O. Kulikovska, L. M. Goldenberg, and J. Stumpe, Chem. Mater. 19, 3343 (2007).
[CrossRef]

L. M. Goldenberg, O. Kulikovska, and J. Stumpe, Langmuir 21, 4794 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

O. Kulikovska, K. Gharagozloo-Hubmann, and J. Stumpe, Proc. SPIE 4802, 85 (2002).
[CrossRef]

Lauinger, N.

N. Lauinger, Proc. SPIE 4197, 27 (2000).
[CrossRef]

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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Li, Z-Yu

Y. Xia, B. Gates, and Z-Yu Li, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 409 (2001).
[CrossRef]

Lin, S. Y.

Maldovan, M.

J-H. Jang, C. K. Ullal, M. Maldovan, T. Gorishnyy, S. Kooi, C. Y. Koh, and E. L. Thomas, Adv. Funct. Mater. 17, 3027 (2007).
[CrossRef]

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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Mizayaki, H. T.

K. Aoki, H. T. Mizayaki, H. Hirayama, K. Inoshita, T. Baba, N. Shinya, and Y. Aoyagi, Appl. Phys. Lett. 81, 3122 (2002).
[CrossRef]

Noda, S.

S. Noda, K. Tomoda, N. Yamamoto, and A. Chutinan, Science 289, 604 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Norris, D. J.

D. J. Norris and Y. A. Vlasov, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 371 (2001).
[CrossRef]

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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Roeckel, 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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Shinya, N.

K. Aoki, H. T. Mizayaki, H. Hirayama, K. Inoshita, T. Baba, N. Shinya, and Y. Aoyagi, Appl. Phys. Lett. 81, 3122 (2002).
[CrossRef]

Stumpe, J.

O. Kulikovska, L. M. Goldenberg, and J. Stumpe, Chem. Mater. 19, 3343 (2007).
[CrossRef]

L. M. Goldenberg, O. Kulikovska, and J. Stumpe, Langmuir 21, 4794 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

O. Kulikovska, K. Gharagozloo-Hubmann, and J. Stumpe, Proc. SPIE 4802, 85 (2002).
[CrossRef]

Thomas, E. L.

J-H. Jang, C. K. Ullal, M. Maldovan, T. Gorishnyy, S. Kooi, C. Y. Koh, and E. L. Thomas, Adv. Funct. Mater. 17, 3027 (2007).
[CrossRef]

Tomoda, K.

S. Noda, K. Tomoda, N. Yamamoto, and A. Chutinan, Science 289, 604 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Ullal, C. K.

J-H. Jang, C. K. Ullal, M. Maldovan, T. Gorishnyy, S. Kooi, C. Y. Koh, and E. L. Thomas, Adv. Funct. Mater. 17, 3027 (2007).
[CrossRef]

Vlasov, Y. A.

D. J. Norris and Y. A. Vlasov, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 371 (2001).
[CrossRef]

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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Xia, Y.

Y. Xia, B. Gates, and Z-Yu Li, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 409 (2001).
[CrossRef]

Yamamoto, N.

S. Noda, K. Tomoda, N. Yamamoto, and A. Chutinan, Science 289, 604 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Adv. Funct. Mater. (1)

J-H. Jang, C. K. Ullal, M. Maldovan, T. Gorishnyy, S. Kooi, C. Y. Koh, and E. L. Thomas, Adv. Funct. Mater. 17, 3027 (2007).
[CrossRef]

Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) (2)

D. J. Norris and Y. A. Vlasov, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 371 (2001).
[CrossRef]

Y. Xia, B. Gates, and Z-Yu Li, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 409 (2001).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

K. Aoki, H. T. Mizayaki, H. Hirayama, K. Inoshita, T. Baba, N. Shinya, and Y. Aoyagi, Appl. Phys. Lett. 81, 3122 (2002).
[CrossRef]

Chem. Mater. (1)

O. Kulikovska, L. M. Goldenberg, and J. Stumpe, Chem. Mater. 19, 3343 (2007).
[CrossRef]

Langmuir (1)

L. M. Goldenberg, O. Kulikovska, and J. Stumpe, Langmuir 21, 4794 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Nat. Mater. (1)

M. Deubel, Nat. Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Nature (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. Roeckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder, and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).
[CrossRef]

Opt. Lett. (1)

Proc. SPIE (2)

O. Kulikovska, K. Gharagozloo-Hubmann, and J. Stumpe, Proc. SPIE 4802, 85 (2002).
[CrossRef]

N. Lauinger, Proc. SPIE 4197, 27 (2000).
[CrossRef]

Science (1)

S. Noda, K. Tomoda, N. Yamamoto, and A. Chutinan, Science 289, 604 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

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

Schematic presentation of layer-by-layer fabrication of the 3D structures.

Fig. 2
Fig. 2

DE (1,3) and relief amplitude (2,4) dependencies during SRG recording on an azobenzene-containing layer of 1.5 μ m thickness at average light intensity 750 (1,2) and 550 mW cm 2 (3,4).

Fig. 3
Fig. 3

Types of 3D structures recorded.

Fig. 4
Fig. 4

Microscope and diffraction (with Bertrand lens) images of hexagonal, tetragonal (6 layers), and hierarchical (4 layers) 3D structures.

Metrics