Three-dimensional microfabrication of materials by femtosecond lasers for photonics applications
J. Appl. Phys. 106, 051101 (2009); doi:10.1063/1.3216462
Published 11 September 2009
You are not logged in to this journal. Log in
Femtosecond laser fabrication of three-dimensional structures for photonics applications is reviewed. Fabrication of photonic crystal structures by direct laser writing and holographic recording by multiple beam interference techniques are discussed. The physical mechanisms associated with structure formation and postfabrication are described. The advantages and limitations of various femtosecond laser microfabrication techniques for the preparation of photonic crystals and elements of microelectromechanical and micro-optofluidic systems are discussed.
©2009 American Institute of Physics
| History: | Received 9 January 2009; accepted 1 April 2009; published 11 September 2009 |
| Permalink: |
http://link.aip.org/link/?JAPIAU/106/051101/1 |
REFERENCES (154)
For access to fully linked references, you need to log in.
For access to fully linked references, you need to Log in.
- M. Tennant, Nanotechnology (AIP, New York, 1999).
- S. John, Phys. Rev. Lett. 58, 2486 (1987).
- E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987).
- G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, C. M. Soukoulis, and S. Linden,
Opt. Lett. 31, 1800 (2006) . - J. B. Pendry, L. Martn-Moreno, and F. J. Garcia-Vidal,
Science 305, 847 (2004) . - V. M. Shalaev, W. Cai, U. K. Chettiar, H.-K. Yuan, A. K. Sarychev, V. P. Drachev, and A. V. Kildishev,
Opt. Lett. 30, 3356 (2005) . - M. Qi, E. Lidorikis, P. Rakich, S. Johnson, J. Joannopoulos, E. Ippen, and H. Smith,
Nature (London) 429, 538 (2004) . - V. S. Amaratunga, H. T. Hattori, M. Premaratne, H. H. Tan, and C. Jagadish,
J. Opt. Soc. Am. B 25, 1532 (2008) . - I. Tarhan and G. H. Watson, Phys. Rev. Lett. 76, 315 (1996).
- A. Blanco, E. Chomski, S. Grabtchak, M. Ibisate, S. John, S. Leonard, C. Lopez, F. Meseguer, H. Miguez, J. Mondia, G. Ozin, O. Toader, and H. van Driel,
Nature (London) 405, 437 (2000) . - V. Mizeikis, K. K. Seet, S. Juodkazis, and H. Misawa,
Opt. Lett. 29, 2061 (2004) . - M. Deubel, G. von Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. Soukoulis,
Nature Mater. 3, 444 (2004) . - M. Deubel, M. Wegener, and A. Kaso, Appl. Phys. Lett. 85, 1895 (2004).
- H. Sun, Y. Xu, S. Juodkazis, K. Sun, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii,
Opt. Lett. 26, 325 (2001) . - H. Sun, V. Mizeikis, S. Juodkazis, J.-Y. Ye, S. Matsuo, and H. Misawa, Appl. Phys. Lett. 79, 1 (2001).
- F. E. Livingston and H. Helvajian,
MRS Bull. 32, 40 (2007) . - K. K. Seet, V. Mizeikis, S. Matsuo, S. Juodkazis, and H. Misawa,
Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 17, 541 (2005) . - K. K. Seet, V. Mizeikis, S. Juodkazis, and H. Misawa, Appl. Phys. Lett. 88, 221101 (2006).
- T. Kondo, S. Matsuo, S. Juodkazis, and H. Misawa, Appl. Phys. Lett. 79, 725 (2001).
- T. Kondo, S. Matsuo, S. Juodkazis, V. Mizeikis, and H. Misawa, Appl. Phys. Lett. 82, 2758 (2003).
- D. Melville and R. Blaikie,
Opt. Express 13, 2127 (2005) . - S. Y. Chou, P. R. Krauss, and P. J. Renstrom,
Science 272, 85 (1996) . - N. Tetreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin,
Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 18, 457 (2006) . - K. Busch, G. von Freymann, S. Linden, S. F. Mingaleev, and L. T. M. Wegener,
Phys. Rep. 444, 101 (2007) . - J. Serbin and M. Gu,
Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 18, 221 (2006) . - J. Serbin, A. Egbert, A. Ostendorf, B. N. Chichkov, R. H. G. Domann, J. Schulz, C. Cronauer, L. Frohlich, and M. Popall,
Opt. Lett. 28, 301 (2003) . - M. Thiel, M. Decker, M. Deubel, M. Wegener, S. Linden, and G. Freymann,
Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 19, 207 (2007) . - M. S. Rill, C. Plet, M. Thiel, I. Staude, G. von Freymann, and S. Linden, and M. Wegener,
Nature Mater. 7, 543 (2008) . - K. Sakoda, Optical Properties of Photonic Crystals, Springer Series in Optical Sciences, Vol. 80 (Springer, New York, 2001).
- J. D. Joannopoulos, S. G. Johnson, J. N. Winn, and R. D. Meade, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light (Princeton University Press, Princeton, 2008).
- A. Argyros, S. Manos, M. Large, D. McKenzie, G. Cox, and D. Dwarte,
Micron 33, 483 (2002) . - A. Saito, Y. Miyamura, M. Nakajima, Y. Ishikawa, K. Sogo, Y. Kuwahara, and Y. Hirai,
J. Vac. Sci. Technol. A 24, 3248 (2006) . - H. Masuda and K. Fukuda,
Science 268, 1466 (1995) . - M. H. Kluhr, A. Sauermann, C. A. Elsner, K. H. Thein, and S. Dertinger,
Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 18, 3135 (2006) . - I. Mikulskas, S. Juodkazis, R. Tomaši
nas, and J. G. Dumas,
Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 1574 (2001) . - V. Mizeikis, I. Mikulskas, R. Tomaši
nas, S. J. S. Matsuo, and H. Misawa,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 43, 3643 (2004) . - V. Lehmann,
Appl. Surf. Sci. 106, 402 (1996) . - J. Jakubowicz,
Superlattices Microstruct. 41, 205 (2007) . - V. Lehman and H. Föll,
J. Electrochem. Soc. 137, 653 (1990) . - V. Lehman,
J. Electrochem. Soc. 140, 2836 (1993) . - V. Lehman and U. Grüning,
Thin Solid Films 297, 13 (1997) . - J. Wang, H. Niino, and A. Yabe,
Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 68, 111 (1999) . - G. Kopitkovas, T. Lippert, C. David, A. Wokaun, and J. Gobrecht,
Thin Solid Films 453, 31 (2004) . - R. Bohme, J. Zajadacz, K. Zimmer, and B. Rauschenbach,
Appl. Phys. A 80, 433 (2005) . - C. Monat, P. Domachuk, and B. J. Eggleton,
Nat. Photonics 1, 106 (2007) . - D. Psaltis, S. R. Quake, and C. Yang,
Nature (London) 442, 381 (2006) . - H. Misawa and S. Juodkazis,
Prog. Polym. Sci. 24, 665 (1999) . - T.-H. Lin, Y.-J. Chen, C.-H. Wu, and Y.-G. Fuh, Appl. Phys. Lett. 86, 161120 (2005).
- V. A. Mallia and N. Tamaoki,
Chem. Soc. Rev. 33, 76 (2004) . - K. Yoshino, Y. Shimoda, Y. Kawagishi, K. Nakayama, and M. Ozaki, Appl. Phys. Lett. 75, 932 (1999).
- A. F. Muñoz, P. Palffy-Muhoray, and B. Taheri,
Opt. Lett. 26, 804 (2001) . - H. Finkelmann, S. T. Kim, A. Munoz, P. Palffy-Muhoray, and B. Taheri,
Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 1069 (2001) . - T. Matsui, R. Ozaki, K. Funamoto, M. Ozaki, and K. Yoshino, Appl. Phys. Lett. 81, 3741 (2002).
- K. K. Seet, V. Mizeikis, S. Juodkazis, and H. Misawa,
J. Non-Cryst. Solids 352, 2390 (2006) . - O. Toader and S. John,
Science 292, 1133 (2001) . - A. Ledermann, L. Cademartiri, M. Hermatschweiler, C. Toninelli, G. Ozin, D. Wiersma, M. Wegener, and G. von Freymann,
Nature Mater. 5, 942 (2006) . - V. Mizeikis, H.-B. Sun, A. Marcinkevicius, J. Nishii, S. J. S. Matsuo, and H. Misawa,
J. Photochem. Photobiol., A 145, 41 (2001) . - M. Straub, M. Ventura, and M. Gu, Phys. Rev. Lett. 91, 043901 (2003).
- M. J. Ventura, M. Straub, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 82, 1649 (2003).
- O. Efimov, S. Juodkazis, and H. Misawa, Phys. Rev. A 69, 042903 (2004).
- E. Vanagas, J. Kawai, D. Tuzilin, I. Kudryashov, A. Mizuyama, K. G. Nakamura, K.-I. Kondo, S.-Y. Koshihara, M. Takesada, K. Matsuda, S. Juodkazis, V. Jarutis, S. Matsuo, and H. Misawa,
J. Microlithogr., Microfabr., Microsyst. 3, 358 (2004) . - E. Vanagas, I. Kudryashov, D. Tuzhilin, S. Juodkazis, S. Matsuo, and H. Misawa, Appl. Phys. Lett. 82, 2901 (2003).
- A. Marcinkevicius, S. Juodkazis, S. Matsuo, V. Mizeikis, and H. Misawa,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 40, L1197 (2001) . - E. Gaižauskas, E. Vanagas, V. Jarutis, S. Juodkazis, V. Mizeikis, and H. Misawa,
Opt. Lett. 31, 80 (2006) . - S. Matsui, T. Kaito, J.-I. Fujita, M. Komuro, K. Kanda, and Y. Haruyama,
J. Vac. Sci. Technol. B 18, 3181 (2000) . - B. Stuart, M. Feit, A. Rubenchik, S. Herman, B. Shore, and M. Perry, Phys. Rev. B 53, 1749 (1996).
- T. Hashimoto, S. Juodkazis, and H. Misawa,
New J. Phys. 9, 253 (2007) . - E. E. Gamaly, S. Juodkazis, K. Nishimura, H. Misawa, B. L.-D. L. Hallo, P. Nicolai, and V. Tikhonchuk, Phys. Rev. B 73, 214101 (2006).
- K. Yamasaki, S. Juodkazis, S. Matsuo, and H. Misawa,
Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 77, 371 (2003) . - G. Zhou, M. Ventura, M. Vanner, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 86, 011108 (2005).
- K. Miura, J. Qiu, H. Inouye, T. Mitsuyu, and K. Hirao, Appl. Phys. Lett. 71, 3329 (1997).
- S. Juodkazis, Y. Nishi, and H. Misawa,
Phys. Stat. Sol. (RRL) 2 1–3, 275 (2008) . - H. Sun, S. Matsuo, and H. Misawa, Appl. Phys. Lett. 74, 786 (1999).
- S. Kawata, H.-B. Sun, T. Tanaka, and K. Takada,
Nature (London) 412, 697 (2001) . - G. Witzgall, R. Vrijen, E. Yablonovitch, V. Doan, and B. Schwartz,
Opt. Lett. 23, 1745 (1998) . - MicroChem Corp. http://www.microchem.com/products/su_eight.htm.
- T. Y. M. Chan and S. John, Phys. Rev. A 78, 033812 (2008).
- T. Chan, O. Toader, and S. John, Phys. Rev. E 71, 046605 (2005).
- O. Toader, T. Chan, and S. John, Phys. Rev. Lett. 92, 043905 (2004).
- T. Kondo, S. Juodkazis, V. Mizeikis, S. Matsuo, and H. Misawa,
New J. Phys. 8, 250 (2006) . - T. Kondo, S. Juodkazis, V. Mizeikis, H. Misawa, and S. Matsuo,
Opt. Express 14, 7943 (2006) . - A. A. Maznev, T. F. Crimmins, and K. A. Nelson,
Opt. Lett. 23, 1378 (1998) . - T. Kondo, K. Yamasaki, S. Juodkazis, S. Matsuo, and V. M. H. Misawa,
Thin Solid Films 453–454, 550 (2004) . - S. Juodkazis, T. Kondo, V. Mizeikis, S. Matsuo, H. Murata, and H. Misawa,
Proc. SPIE 4977, 94 (2003) . - Y. V. Miklyaev, D. C. Meisel, A. Blanco, G. von Freymann, K. Busch, W. Koch, C. Enkrich, M. Deubel, and M. Wegener, Appl. Phys. Lett. 82, 1284 (2003).
- O. Toader, T. Y. M. Chan, and S. John, Appl. Phys. Lett. 89, 101117 (2006).
- T. Y. M. Chan, O. Toader, and S. John, Phys. Rev. E 73, 046610 (2006).
- D. Chanda, L. Abolghasemi, M. Haque, M. Ng, and P. Herman,
Opt. Express 16, 15402 (2008) . - D. B. Shao and S. C. Chen,
Nano Lett. 6, 2279 (2006) . - K. M. Davis, K. Miura, N. Sugimoto, and K. Hirao,
Opt. Lett. 21, 1729 (1996) . - V. Mizeikis, S. Juodkazis, A. Marcinkevicius, S. Matsuo, and H. Misawa,
J. Photochem. Photobiol. C 2, 35 (2001) . - S. Juodkazis, S. Matsuo, H. Misawa, V. Mizeikis, A. M. H. B. Sun, Y. Tokuda, M. Takahashi, T. Yoko, and J. Nishii,
Appl. Surf. Sci. 197–198, 705 (2002) . - S. Juodkazis, K. Yamasaki, V. Mizeikis, S. Matsuo, and H. Misawa, Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 79, 1549 (2004).
- A. Marcinkevicius, S. Juodkazis, M. Watanabe, M. Miwa, S. M. H. Misawa, and J. Nishii,
Opt. Lett. 26, 277 (2001) . - M. Watanabe, H.-B. Sun, S. Juodkazis, T. Takahashi, S. M. Y. Suzuki, J. Nishii, and H. Misawa,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 37, L1527 (1998) . - S. Juodkazis, A. V. Rode, E. G. Gamaly, S. Matsuo, and H. Misawa,
Appl. Phys. B: Lasers Opt. 77, 361 (2003) . - S. Juodkazis, M. Sudzius, V. Mizeikis, H. Misawa, E. G. G. Y. Liu, O. A. Louchev, and K. Kitamura, Appl. Phys. Lett. 89, 062903 (2006).
- M. Watanabe, S. Juodkazis, H.-B. Sun, S. Matsuo, H. Misawa, M. Miwa, and R. Kaneko, Appl. Phys. Lett. 74, 3957 (1999).
- M. Watanabe, S. Juodkazis, H.-B. Sun, S. Matsuo, and H. Misawa, Phys. Rev. B 60, 9959 (1999).
- K. Yamasaki, S. Juodkazis, M. Watanabe, H.-B. Sun, and S. M. H. Misawa, Appl. Phys. Lett. 76, 1000 (2000).
- F. Formanek, N. Takeyasu, T. Tanaka, K. Chiyoda, and A. I. S. Kawata, Appl. Phys. Lett. 88, 083110 (2006).
- S. Matsuo, S. Juodkazis, and H. Misawa,
Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 80, 683 (2004) . - C. Mauclair, A. Mermillod-Blondin, N. Huot, E. Audouard, and R. Stoian,
Opt. Express 16, 5481 (2008) . - H. Takahashi, S. Hasegawa, A. Takita, and Y. Hayasaki,
Opt. Express 16, 16592 (2008) . - T. Hashimoto, S. Juodkazis, and H. Misawa,
Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 83, 337 (2006) . - S. Juodkazis, H. Misawa, T. Hashimoto, E. Gamaly, and B. Luther-Davies, Appl. Phys. Lett. 88, 201909 (2006).
- S. Juodkazis, K. Nishimura, S. Tanaka, H. Misawa, E. E. G. B. Luther-Davies, L. Hallo, P. Nicolai, and V. Tikhonchuk, Phys. Rev. Lett. 96, 166101 (2006).
- S. Juodkazis, K. Nishimura, H. Misawa, T. Ebisui, R. Waki, S. Matsuo, and T. Okada,
Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 18, 1361 (2006) . - S. Juodkazis, K. Nishimura, and H. Misawa, Chin. Opt. Lett. 5, S198 (2007).
- M. Mazilu, S. Juodkazis, T. Ebisui, and H. Misawa,
Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 86, 197 (2007) . - A. Marcinkevicius, V. Mizeikis, S. Juodkazis, S. Matsuo, and H. Misawa,
Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 76, 257 (2003) . - N. Huot, R. Stoian, A. Mermillod-Blondin, C. Mauclair, and E. Audouard,
Opt. Express 15, 12395 (2007) . - E. G. Gamaly, S. Juodkazis, V. Mizeikis, H. Misawa, A. V. R. W. Z. Krolikowski, and K. Kitamura,
Curr. Appl. Phys. 8, 416 (2008) . - S. Juodkazis, T. Kondo, H. Misawa, A. Rode, M. Samoc, and B. Luther-Davies,
Opt. Express 14, 7751 (2006) . - Z. Sacks, G. Mourou, and R. Danielius,
Opt. Lett. 26, 462 (2001) . - R. Wolleschensky, T. Feurer, R. Sauerbrey, and U. Simon,
Appl. Phys. B: Lasers Opt. 67, 87 (1998) . - K. Yamasaki, S. Juodkazis, T. Lippert, M. Watanabe, and S. M. H. Misawa,
Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 76, 325 (2003) . - S. Juodkazis, K. Yamasaki, S. Matsuo, and H. Misawa, Appl. Phys. Lett. 84, 514 (2004).
- S. Juodkazis, V. Mizeikis, S. Matsuo, K. Ueno, and H. Misawa,
Bull. Chem. Soc. Jpn. 81, 411 (2008) . - V. R. Bhardwaj, E. Simova, P. P. Rajeev, C. Hnatovsky, R. D. Rayner, and P. B. Corkum, Phys. Rev. Lett. 96, 057404 (2006).
- S. Juodkazis, V. Mizeikis, and H. Misawa, Adv. Polym. Sci. 213, 157 (2008).
- S. Juodkazis, K. Nishimura, H. Okuno, Y. Tabuchi, S. M. S. Tanaka, and H. Misawa,
Proc. SPIE 6732, 67320B (2007) . - K. J. Schafer, J. M. Hales, M. Balu, K. D. Belfield, E. W. Van Stryland, and D. J. Hagan,
J. Photochem. Photobiol., A 162, 497 (2004) . - K. K. Seet, S. Juodkazis, V. Jarutis, and H. Misawa, Appl. Phys. Lett. 89, 024106 (2006).
- R. Houbertz, L. Frählich, M. Popall, U. Streppel, P. Dannberg, A. Bräuer, J. Serbin, and B. Chichkov,
Adv. Eng. Mater. 5, 551 (2003) . - A. Ovsiannikov, A. Gaidukeviciute, B. Chichkov, M. Oubaha, B. MacCraith, I. Sakellari, A. Giakoumaki, D. Gray, M. Vamvakaki, M. Farsari, and C. Fotakis, Laser Chem. 2008, 493059 (2008).
- A. Ovsianikov, S. Z. Xiao, M. Farsari, M. Vamvakaki, C. Fotakis, and B. N. Chichkov,
Opt. Express 17, 2143 (2009) . - K. K. Seet, V. Mizeikis, S. Juodkazis, and H. Misawa,
Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 82, 683 (2006) . - M. Thiel, G. von Freymann, and M. Wegener,
Opt. Lett. 32, 2547 (2007) . - K. M. Ho, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, R. Biswas, and M. Sigalas,
Solid State Commun. 89, 413 (1994) . - R. M. Digilov,
Eur. J. Phys. 29, 589 (2008) . - S. Juodkazis, V. Mizeikis, K. K. Seet, H. Misawa, and U. G. K. Wegst, Appl. Phys. Lett. 91, 241904 (2007).
- M. E. Zoorob, M. D. B. Charlton, G. J. Parker, J. J. Baumberg, and M. C. Netti,
Nature (London) 404, 740 (2000) . - A. David, T. Fujii, E. Matioli, R. Sharma, S. Nakamura, S. P. DenBaars, and C. Weisbuch, Appl. Phys. Lett. 88, 073510 (2006).
- R. C. Gauthier,
Opt. Commun. 269, 395 (2007) . - N. Murazawa, S. Juodkazis, H. Misawa, and K. Kamada,
Mol. Cryst. Liq. Cryst. 489, 310 (2008) . - M. Rumi, J. Ehrlich, A. Heikal, J. Perry, S. Barlow, Z. Hu, D. McCord-Maughon, T. C. Parker, H. Rockel, S. Thayumanavan, S. R. Marder, D. Beljonne, and J.-L. Bredas,
J. Am. Chem. Soc. 122, 9500 (2000) . - M. A. McHugh and V. J. Krukonis, Supercritical Fluid Extraction, 2nd ed. (Butterworth-Heinemann, Boston, 1994).
- C. A. Eckert, B. L. Knutson, and P. G. Debendetti,
Nature (London) 383, 313 (1996) . - Organic Solvents. Physical Properties and Methods of Purification, 4th ed., edited by A. Weissberger (Wiley, New York, 1986).
- T. Tawara, S. Tanaka, H. Kumano, and I. Suemune, Appl. Phys. Lett. 75, 235 (1999).
- I. Suemune, T. Tawara, T. Saitoh, and K. Uesugi, Appl. Phys. Lett. 71, 3886 (1997).
- Y. Hashimoto and O. Karthaus,
J. Colloid Interface Sci. 311, 289 (2007) . - H.-B. Sun, T. Suwa, K. Takada, R. P. Zaccaria, M. S. Kim, K. S. Lee, and S. Kawata, Appl. Phys. Lett. 85, 3708 (2004).
- D. C. Meisel, M. Diem, M. Deubel, F. Perez-Willard, S. L. D. Gerthsen, K. Busch, and M. Wegener,
Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 18, 2964 (2006) . - S. Juodkazis, V. Mizeikis, T. Kondo, K. Kannari, K. K. Seet, and H. Misawa,
Proc. SPIE 6883, 68830I (2008) . - T. Kondo, S. Juodkazis, and H. Misawa,
Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 81, 1583 (2005) . - K. K. Seet, V. Mizeikis, K. Kannari, S. Juodkazis, H. M. N. Tetreault, and S. John,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 14, 1064 (2008) . - G. Dolling, C. Enkrich, M. Wegener, C. M. Soukoulis, and S. Linden,
Science 312, 892 (2006) . - J. B. Pendry,
Science 306, 1353 (2004) . - M. C. Wiltshire, J. B. Pendry, I. R. Young, D. J. Larkman, D. J. Gilderdale, and J. V. Hajnal,
Science 291, 849 (2001) . - J. Lee, M. J. Cuddihy, and N. A. Kotov,
Tissue Eng. 14, 61 (2008) . - V. Mizeikis, S. Juodkazis, R. Tarozait
, J. J. K. Juodkazis, and H. Misawa,
Opt. Express 15, 8454 (2007) . - R. P. Cowburn, A. O. Adeyeye, and J. A. C. Bland, Appl. Phys. Lett. 70, 2309 (1997).






