Two-Photon Laser Lithography of Functional Microstructures of Integrated Photonics: Waveguides, Microcavities, and Prism Input/Output Adapters of Optical Radiation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The development and optimization of methods for creating functional elements of micron and sub-micron sizes for photonic integrated circuits is one of the main tasks of nanophotonics. Two-photon laser lithography is actively developing now to form three-dimensional structures with subwave resolution. Results of this development are reported and it is shown that the use of optimized lithography schemes, the spatial filtering of laser beam used, and the introduction of laser dyes into polymer lead to the formation of optically homogeneous high-quality bulk microstructures with characteristic features down to 300 nm with necessary functional properties. The capabilities of optimized two-photon laser lithography are demonstrated by examples of ring microcavities and optical waveguides with prism input/output adapters located above a substrate. Optical losses upon the coupling of 405-nm radiation into a waveguide using a printed prism adapter was no more than 1.25 dB.

About the authors

A. I Maydykovskiy

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: anton@shg.ru
119991, Moscow, Russia

D. A Apostolov

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: anton@shg.ru
119991, Moscow, Russia

E. A Mamonov

Faculty of Physics, Moscow State University; Faculty of Physics, National Research University Higher School of Economics

Email: anton@shg.ru
119991, Moscow, Russia; 109028, Moscow, Russia

D. A Kopylov

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: anton@shg.ru
119991, Moscow, Russia

S. A Dagesyan

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: anton@shg.ru
119991, Moscow, Russia

T. V Murzina

Faculty of Physics, Moscow State University; Faculty of Physics, National Research University Higher School of Economics

Author for correspondence.
Email: anton@shg.ru
119991, Moscow, Russia; 109028, Moscow, Russia

References

  1. S. Kawata, H.-B. Sun, T. Tanaka, and K. Takada, Nature 412, 697 (2001).
  2. S. Maruo, O. Nakamura, and S. Kawata, Opt. Lett., 22(2), 132 (1997).
  3. I. I. Shishkin, M.V. Rybin, K.B. Samusev, M. F. Limonov, R.V. Kiyan, B.N. Chichkov, Y. S. Kivshar, and P.A. Belov, JETP Lett. 99(9), 531 (2014).
  4. A.G. Vitukhnovskya, R.D. Zvagelskya, D.A. Kolymagina, A.V. Pisarenkoa, and D.A. Chubicha, Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 84(7), 927 (2020).
  5. H. Gao, G. F.R. Chen, P. Xing, J.W. Choi, H.Y. Low, and D.T.H. Tan, Adv. Opt. Mater. 8(18), 2000613 (2020).
  6. P.-I. Dietrich, M. Blaicher, I. Reuter, M. Billah, T. Hoose, A. Hofmann, C. Caer, R. Dangel, B. Offrein, U. Troppenz, W. Freude, and C. Koos, Nature Photon. 12, 241 (2018).
  7. A. Maydykovskiy, E. Mamonov, N. Mitetelo, S. Soria, and T. Murzina, JETP Lett. 115(5), 261 (2022).
  8. S.P. Vyatchanin, M. L. Gorodetskii, and V. S. ll'chenko, Journal of Applied Spectroscopy 56, 182 (1992).
  9. A.A. Savchenkov, W. Liang, A.B. Matsko, V. S. Ilchenko, D. Seidel, and L. Maleki, Opt. Lett. 34(9), 1318 (2009).
  10. X. Wang, Q. Liao, Q. Kong, Y. Zhang, Z. Xu, X. Lu, and H. Fu, Angewandte Chemie International Edition 53(23), 5863 (2014).
  11. A.P. Tarasov, A. S. Lavrikov, L.A. Zadorozhnaya, and V.M. Kanevsky, JETP Lett. 115(9), 502 (2022).
  12. K.H. Li, Y. F. Cheung,W.Y. Fu, and H.W. Choi, Appl. Phys. Lett. 119(10), 101106 (2021).
  13. M. Fujita, A. Sakai, and T. Baba, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 5(3), 673 (1999).
  14. F. Vollmer and S. Arnold, Nat. Methods 5(7), 591 (2008).
  15. G. Guan, S. Arnold, and M. V. Otugen, AIAA J. 44(10), 2385 (2006).
  16. S. Zhang, S.-J. Tang, S. Feng, Y.-F. Xiao, W. Cui, X. Wang, W. Sun, J. Ye, P. Han, X. Zhang, and Y. Zhang, Adv. Opt. Mater. 7(20), 1900602 (2019).
  17. D. Venkatakrishnarao, M. A. Mohiddon, N. Chandrasekhar, and R. Chandrasekar, Adv. Opt. Mater. 3(8), 1035 (2015).
  18. I. Staude, M. Decker, M. J. Ventura, C. Jagadish, D.N. Neshev, M. Gu, and Y. S. Kivshar, Adv. Mater. 25(9), 1260 (2013).
  19. D.A. Kopylov, M.N. Esaulkov, I. I. Kuritsyn, A.O. Mavritskiy, B. E. Perminov, A.V. Konyashchenko, T.V. Murzina, and A. I. Maydykovskiy, Laser Phys. Lett. 15(4), 045001 (2018).
  20. G.O. Dias, O. Lecarme, J. Cordeiro, E. Picard, and D. Peyrade, Microelectronic Engineering 257, 111751 (2022).
  21. F. Dumur, Eur. Polym. J. 163, 110962 (2022).
  22. N.B. Tomazio, L.D. Boni, and C.R. Mendonca, Sci. Rep. 7(1), 1 (2017).
  23. R.M.R. Adao, T. L. Alves, C. Maibohm, B. Romeira, and J. B. Nieder, Opt. Express 30(6), 9623 (2022).
  24. S. Zhang, S.-J. Tang, S. Feng, Y.-F. Xiao, W. Cui, X. Wang, W. Sun, J. Ye, P. Han, X. Zhanga, and Y. Zhang, Adv. Opt. Mater. 7(20), 1900602 (2019).
  25. L. Cheng, S. Mao, Z. Li, Y. Han, and H. Y. Fu, Micromachines 11(7), 666 (2020).
  26. X. Chen, C. Li, C.K.Y. Fung, S.M.G. Lo, and H.K. Tsang, IEEE Photonics Technol. Lett. 22(15), 1156 (2010).
  27. D. Taillaert, F.V. Laere, M. Ayre, W. Bogaerts, D.V. Thourhout, P. Bienstman, and R. Baets, Jpn. J. Appl. Phys. 45(8A), 6071 (2006).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».