Abstract

Three-dimensional inverted-woodpile (WP) structures were embedded in a microchannel by femtosecond laser direct-writing of fused silica followed by chemical etching with diluted hydrofluoric acid. We show the hole size is linearly dependent on laser-scanning depth for various pulse energies, permitting the control of laser exposures to facilitate close 5 µm periodic packing of uniform microcapillary arrays. Exposure compensation for depth-dependent etching rate and optical beam aberrations yielded stable and crack-free uniform inverted-WP structures. The direct formation of the inverted-WP structure together with microchannels in an all-fused silica substrate, offers chemical stability and inertness, and biocompatibility to be exploited as new microfluidic systems for chromatography and electro-osmotic pumps.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. S. John, Phys. Rev. Lett. 58, 2486 (1987).
    [CrossRef]
  2. E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987).
    [CrossRef]
  3. J. Li, P. Herman, C. Valdivia, V. Kitaev, and G. Ozin, Opt. Express 13, 6454 (2005).
    [CrossRef]
  4. D. Chanda, L. E. Abolghasemi, M. Haque, M. L. Ng, and P. R. Herman, Opt. Express 16, 15402 (2008).
    [CrossRef]
  5. M. Deubel, G. von Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nat. Mater. 3, 444 (2004).
    [CrossRef]
  6. S. Wong, M. Deubel, F. Pérez-Willard, S. John, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Mater. 18, 265 (2006).
    [CrossRef]
  7. N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. P. Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
    [CrossRef]
  8. A. Marcinkevičius, S. Juodkazis, M. Watanabe, M. Miwa, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Opt. Lett. 26, 277 (2001).
    [CrossRef]
  9. Y. Bellouard, A. Said, M. Dugan, and P. Bado, Opt. Express 12, 2120 (2004).
    [CrossRef]
  10. R. S. Taylor, C. Hnatovsky, and E. Simova, Laser Photonics Rev. 2, 26 (2008).
    [CrossRef]
  11. R. Osellame, V. Maselli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Appl. Phys. Lett. 90, 231118 (2007).
    [CrossRef]
  12. V. Maselli, J. R. Grenier, S. Ho, and P. R. Herman, Opt. Express 17, 11719 (2009).
    [CrossRef]
  13. S. Ho, P. R. Herman, and J. S. Aitchison, Appl. Phys. 106, 5 (2012).
  14. S. M. Eaton, M. L. Ng, R. Osellame, and P. R. Herman, J. Non-Cryst. Solids 357, 2387 (2011).
    [CrossRef]
  15. X. Yu, Y. Liao, F. He, B. Zeng, Y. Cheng, Z. Xu, K. Sugioka, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 109, 053114 (2011).
    [CrossRef]
  16. R. Osellame, V. Maselli, N. Chiodo, D. Polli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Electron. Lett. 41, 315(2005).
    [CrossRef]
  17. G. Cerullo, R. Osellame, S. Taccheo, M. Marangoni, D. Polli, R. Ramponi, P. Laporta, and S. D. Silvestri, Opt. Lett. 27, 1938 (2002).
    [CrossRef]
  18. Y. Cheng, K. Sugioka, K. Midorikawa, M. Masuda, K. Toyoda, M. Kawachi, and K. Shihoyama, Opt. Lett. 28, 55 (2003).
    [CrossRef]
  19. C. Hnatovsky, R. S. Taylor, E. Simova, V. R. Bhardwaj, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, J. Appl. Phys. 98, 013517(2005).
    [CrossRef]

2012

S. Ho, P. R. Herman, and J. S. Aitchison, Appl. Phys. 106, 5 (2012).

2011

S. M. Eaton, M. L. Ng, R. Osellame, and P. R. Herman, J. Non-Cryst. Solids 357, 2387 (2011).
[CrossRef]

X. Yu, Y. Liao, F. He, B. Zeng, Y. Cheng, Z. Xu, K. Sugioka, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 109, 053114 (2011).
[CrossRef]

2009

2008

D. Chanda, L. E. Abolghasemi, M. Haque, M. L. Ng, and P. R. Herman, Opt. Express 16, 15402 (2008).
[CrossRef]

R. S. Taylor, C. Hnatovsky, and E. Simova, Laser Photonics Rev. 2, 26 (2008).
[CrossRef]

2007

R. Osellame, V. Maselli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Appl. Phys. Lett. 90, 231118 (2007).
[CrossRef]

2006

S. Wong, M. Deubel, F. Pérez-Willard, S. John, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Mater. 18, 265 (2006).
[CrossRef]

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. P. Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

2005

R. Osellame, V. Maselli, N. Chiodo, D. Polli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Electron. Lett. 41, 315(2005).
[CrossRef]

C. Hnatovsky, R. S. Taylor, E. Simova, V. R. Bhardwaj, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, J. Appl. Phys. 98, 013517(2005).
[CrossRef]

J. Li, P. Herman, C. Valdivia, V. Kitaev, and G. Ozin, Opt. Express 13, 6454 (2005).
[CrossRef]

2004

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

Y. Bellouard, A. Said, M. Dugan, and P. Bado, Opt. Express 12, 2120 (2004).
[CrossRef]

2003

2002

2001

1987

S. John, Phys. Rev. Lett. 58, 2486 (1987).
[CrossRef]

E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987).
[CrossRef]

Abolghasemi, L. E.

Aitchison, J. S.

S. Ho, P. R. Herman, and J. S. Aitchison, Appl. Phys. 106, 5 (2012).

Bado, P.

Bellouard, Y.

Bhardwaj, V. R.

C. Hnatovsky, R. S. Taylor, E. Simova, V. R. Bhardwaj, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, J. Appl. Phys. 98, 013517(2005).
[CrossRef]

Busch, K.

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

Cerullo, G.

R. Osellame, V. Maselli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Appl. Phys. Lett. 90, 231118 (2007).
[CrossRef]

R. Osellame, V. Maselli, N. Chiodo, D. Polli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Electron. Lett. 41, 315(2005).
[CrossRef]

G. Cerullo, R. Osellame, S. Taccheo, M. Marangoni, D. Polli, R. Ramponi, P. Laporta, and S. D. Silvestri, Opt. Lett. 27, 1938 (2002).
[CrossRef]

Chanda, D.

Cheng, Y.

X. Yu, Y. Liao, F. He, B. Zeng, Y. Cheng, Z. Xu, K. Sugioka, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 109, 053114 (2011).
[CrossRef]

Y. Cheng, K. Sugioka, K. Midorikawa, M. Masuda, K. Toyoda, M. Kawachi, and K. Shihoyama, Opt. Lett. 28, 55 (2003).
[CrossRef]

Chiodo, N.

R. Osellame, V. Maselli, N. Chiodo, D. Polli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Electron. Lett. 41, 315(2005).
[CrossRef]

Corkum, P. B.

C. Hnatovsky, R. S. Taylor, E. Simova, V. R. Bhardwaj, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, J. Appl. Phys. 98, 013517(2005).
[CrossRef]

Deubel, M.

S. Wong, M. Deubel, F. Pérez-Willard, S. John, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Mater. 18, 265 (2006).
[CrossRef]

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. P. Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

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

Dugan, M.

Eaton, S. M.

S. M. Eaton, M. L. Ng, R. Osellame, and P. R. Herman, J. Non-Cryst. Solids 357, 2387 (2011).
[CrossRef]

Grenier, J. R.

Haque, M.

He, F.

X. Yu, Y. Liao, F. He, B. Zeng, Y. Cheng, Z. Xu, K. Sugioka, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 109, 053114 (2011).
[CrossRef]

Herman, P.

Herman, P. R.

S. Ho, P. R. Herman, and J. S. Aitchison, Appl. Phys. 106, 5 (2012).

S. M. Eaton, M. L. Ng, R. Osellame, and P. R. Herman, J. Non-Cryst. Solids 357, 2387 (2011).
[CrossRef]

V. Maselli, J. R. Grenier, S. Ho, and P. R. Herman, Opt. Express 17, 11719 (2009).
[CrossRef]

D. Chanda, L. E. Abolghasemi, M. Haque, M. L. Ng, and P. R. Herman, Opt. Express 16, 15402 (2008).
[CrossRef]

Hermatschweiler, M.

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. P. Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

Hnatovsky, C.

R. S. Taylor, C. Hnatovsky, and E. Simova, Laser Photonics Rev. 2, 26 (2008).
[CrossRef]

C. Hnatovsky, R. S. Taylor, E. Simova, V. R. Bhardwaj, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, J. Appl. Phys. 98, 013517(2005).
[CrossRef]

Ho, S.

S. Ho, P. R. Herman, and J. S. Aitchison, Appl. Phys. 106, 5 (2012).

V. Maselli, J. R. Grenier, S. Ho, and P. R. Herman, Opt. Express 17, 11719 (2009).
[CrossRef]

John, S.

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. P. Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

S. Wong, M. Deubel, F. Pérez-Willard, S. John, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Mater. 18, 265 (2006).
[CrossRef]

S. John, Phys. Rev. Lett. 58, 2486 (1987).
[CrossRef]

Juodkazis, S.

Kawachi, M.

Kitaev, V.

Laporta, P.

Li, J.

Liao, Y.

X. Yu, Y. Liao, F. He, B. Zeng, Y. Cheng, Z. Xu, K. Sugioka, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 109, 053114 (2011).
[CrossRef]

Marangoni, M.

Marcinkevicius, A.

Maselli, V.

V. Maselli, J. R. Grenier, S. Ho, and P. R. Herman, Opt. Express 17, 11719 (2009).
[CrossRef]

R. Osellame, V. Maselli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Appl. Phys. Lett. 90, 231118 (2007).
[CrossRef]

R. Osellame, V. Maselli, N. Chiodo, D. Polli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Electron. Lett. 41, 315(2005).
[CrossRef]

Masuda, M.

Matsuo, S.

Midorikawa, K.

X. Yu, Y. Liao, F. He, B. Zeng, Y. Cheng, Z. Xu, K. Sugioka, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 109, 053114 (2011).
[CrossRef]

Y. Cheng, K. Sugioka, K. Midorikawa, M. Masuda, K. Toyoda, M. Kawachi, and K. Shihoyama, Opt. Lett. 28, 55 (2003).
[CrossRef]

Misawa, H.

Miwa, M.

Ng, M. L.

S. M. Eaton, M. L. Ng, R. Osellame, and P. R. Herman, J. Non-Cryst. Solids 357, 2387 (2011).
[CrossRef]

D. Chanda, L. E. Abolghasemi, M. Haque, M. L. Ng, and P. R. Herman, Opt. Express 16, 15402 (2008).
[CrossRef]

Nishii, J.

Osellame, R.

S. M. Eaton, M. L. Ng, R. Osellame, and P. R. Herman, J. Non-Cryst. Solids 357, 2387 (2011).
[CrossRef]

R. Osellame, V. Maselli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Appl. Phys. Lett. 90, 231118 (2007).
[CrossRef]

R. Osellame, V. Maselli, N. Chiodo, D. Polli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Electron. Lett. 41, 315(2005).
[CrossRef]

G. Cerullo, R. Osellame, S. Taccheo, M. Marangoni, D. Polli, R. Ramponi, P. Laporta, and S. D. Silvestri, Opt. Lett. 27, 1938 (2002).
[CrossRef]

Ozin, G.

Ozin, G. A.

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. P. Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

S. Wong, M. Deubel, F. Pérez-Willard, S. John, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Mater. 18, 265 (2006).
[CrossRef]

Pereira, S.

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

Pérez-Willard, F.

S. Wong, M. Deubel, F. Pérez-Willard, S. John, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Mater. 18, 265 (2006).
[CrossRef]

Polli, D.

R. Osellame, V. Maselli, N. Chiodo, D. Polli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Electron. Lett. 41, 315(2005).
[CrossRef]

G. Cerullo, R. Osellame, S. Taccheo, M. Marangoni, D. Polli, R. Ramponi, P. Laporta, and S. D. Silvestri, Opt. Lett. 27, 1938 (2002).
[CrossRef]

Ramponi, R.

R. Osellame, V. Maselli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Appl. Phys. Lett. 90, 231118 (2007).
[CrossRef]

R. Osellame, V. Maselli, N. Chiodo, D. Polli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Electron. Lett. 41, 315(2005).
[CrossRef]

G. Cerullo, R. Osellame, S. Taccheo, M. Marangoni, D. Polli, R. Ramponi, P. Laporta, and S. D. Silvestri, Opt. Lett. 27, 1938 (2002).
[CrossRef]

Rayner, D. M.

C. Hnatovsky, R. S. Taylor, E. Simova, V. R. Bhardwaj, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, J. Appl. Phys. 98, 013517(2005).
[CrossRef]

Said, A.

Shihoyama, K.

Silvestri, S. D.

Simova, E.

R. S. Taylor, C. Hnatovsky, and E. Simova, Laser Photonics Rev. 2, 26 (2008).
[CrossRef]

C. Hnatovsky, R. S. Taylor, E. Simova, V. R. Bhardwaj, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, J. Appl. Phys. 98, 013517(2005).
[CrossRef]

Soukoulis, C. M.

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

Sugioka, K.

X. Yu, Y. Liao, F. He, B. Zeng, Y. Cheng, Z. Xu, K. Sugioka, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 109, 053114 (2011).
[CrossRef]

Y. Cheng, K. Sugioka, K. Midorikawa, M. Masuda, K. Toyoda, M. Kawachi, and K. Shihoyama, Opt. Lett. 28, 55 (2003).
[CrossRef]

Taccheo, S.

Taylor, R. S.

R. S. Taylor, C. Hnatovsky, and E. Simova, Laser Photonics Rev. 2, 26 (2008).
[CrossRef]

C. Hnatovsky, R. S. Taylor, E. Simova, V. R. Bhardwaj, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, J. Appl. Phys. 98, 013517(2005).
[CrossRef]

Tétreault, N.

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. P. Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

Toyoda, K.

Valdivia, C.

Vazquez, R. M.

R. Osellame, V. Maselli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Appl. Phys. Lett. 90, 231118 (2007).
[CrossRef]

R. Osellame, V. Maselli, N. Chiodo, D. Polli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Electron. Lett. 41, 315(2005).
[CrossRef]

von Freymann, G.

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. P. Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

S. Wong, M. Deubel, F. Pérez-Willard, S. John, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Mater. 18, 265 (2006).
[CrossRef]

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

Watanabe, M.

Wegener, M.

S. Wong, M. Deubel, F. Pérez-Willard, S. John, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Mater. 18, 265 (2006).
[CrossRef]

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. P. Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

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

Willard, F. P.

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. P. Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

Wong, S.

S. Wong, M. Deubel, F. Pérez-Willard, S. John, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Mater. 18, 265 (2006).
[CrossRef]

Xu, Z.

X. Yu, Y. Liao, F. He, B. Zeng, Y. Cheng, Z. Xu, K. Sugioka, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 109, 053114 (2011).
[CrossRef]

Yablonovitch, E.

E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987).
[CrossRef]

Yu, X.

X. Yu, Y. Liao, F. He, B. Zeng, Y. Cheng, Z. Xu, K. Sugioka, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 109, 053114 (2011).
[CrossRef]

Zeng, B.

X. Yu, Y. Liao, F. He, B. Zeng, Y. Cheng, Z. Xu, K. Sugioka, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 109, 053114 (2011).
[CrossRef]

Adv. Mater.

S. Wong, M. Deubel, F. Pérez-Willard, S. John, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Mater. 18, 265 (2006).
[CrossRef]

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. P. Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

Appl. Phys.

S. Ho, P. R. Herman, and J. S. Aitchison, Appl. Phys. 106, 5 (2012).

Appl. Phys. Lett.

R. Osellame, V. Maselli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Appl. Phys. Lett. 90, 231118 (2007).
[CrossRef]

Electron. Lett.

R. Osellame, V. Maselli, N. Chiodo, D. Polli, R. M. Vazquez, R. Ramponi, and G. Cerullo, Electron. Lett. 41, 315(2005).
[CrossRef]

J. Appl. Phys.

C. Hnatovsky, R. S. Taylor, E. Simova, V. R. Bhardwaj, D. M. Rayner, and P. B. Corkum, J. Appl. Phys. 98, 013517(2005).
[CrossRef]

X. Yu, Y. Liao, F. He, B. Zeng, Y. Cheng, Z. Xu, K. Sugioka, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 109, 053114 (2011).
[CrossRef]

J. Non-Cryst. Solids

S. M. Eaton, M. L. Ng, R. Osellame, and P. R. Herman, J. Non-Cryst. Solids 357, 2387 (2011).
[CrossRef]

Laser Photonics Rev.

R. S. Taylor, C. Hnatovsky, and E. Simova, Laser Photonics Rev. 2, 26 (2008).
[CrossRef]

Nat. Mater.

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

Opt. Express

Opt. Lett.

Phys. Rev. Lett.

S. John, Phys. Rev. Lett. 58, 2486 (1987).
[CrossRef]

E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987).
[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 (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

(a) Schematic illustration of the 3D laser scanning of the WP structure, and SEM images showing the (b) top view and (c) cross-section view of the highly uniform inverted-WP structure following 30 minutes of etching in 5% HF.

Fig. 2.
Fig. 2.

Cross-sectional SEM views of the etched WP structures fabricated with a 0.55 NA lens and pulse energies of (a) 45 nJ, (b) 50 nJ, (c) 65 nJ, and (d) 75 nJ.

Fig. 3.
Fig. 3.

The observed (a) width and (b) height of capillaries formed at various depths in fused silica with laser pulse energies of 45 nJ, 50 nJ, 65 nJ, and 75 nJ, and 30 min of etching in 5% HF. The dashed curves indicate the energy compensated exposure for a uniform WP.

Metrics