Surface relief structures on azo polymer films

(Note: The full text of this document is currently only available in the PDF Version )

Nirmal K. Viswanathan, Dong Yu Kim, Shaoping Bian, John Williams, Wei Liu, Lian Li, Lynne Samuelson, Jayant Kumar and Sukant K. Tripathy


Abstract

All optical fabrication of Surface Relief Grating (SRG) on azobenzene functionalized polymer films is reviewed in this article. The uniqueness of the single step erasable photofabrication of large amplitude surface relief structures on azo polymer films is mainly due to the photoisomerization and photoanisotropic behavior of the azobenzene group. The design and synthesis of several classes of suitable azobenzene functionalized polymers for the SRG formation is presented. Experimental studies are carried out in a systematic manner to understand the chemical and physical intricacies involved in the SRG formation process. Structural requirements and their limitations for the efficient fabrication of SRGs on azo functionalized polymer films are also discussed. Understanding the fundamental mechanism of SRG formation on the azo functionalized polymer films enables us to make use of these structures in a variety of applications.


References

  1. V. Weiss, A. A. Friesem and V. A. Krongauz, Opt. Lett., 1993, 18, 1809 .
  2. T. Huang and K. H. Wagner, Appl. Opt., 1993, 32, 1888 .
  3. V. P. Pham, T. Galstyan, A. Granger and R. A. Lessard, Jpn. J. Appl. Phys., 1997, 36, 429 CrossRef CAS .
  4. A. Yacoubian and T. M. Aye, Appl. Opt., 1993, 32, 3073 CAS .
  5. T. Ikeda and O. Tsutsumi, Science, 1995, 268, 1873 CrossRef CAS .
  6. J. M. dos Santos and L. M. Bernardo, Appl. Opt., 1997, 36, 8935 .
  7. J. R. Wendt, G. A. Vawter, R. E. Smith and M. E. Warren, J. Vac. Sci. Technol. B, 1997, 15, 2946 CrossRef CAS .
  8. E. Kim, G. M. Whitesides, L. K. Lee, S. P. Smith and M. Prentiss, Adv. Magn. Reson., 1996, 8, 139 Search PubMed .
  9. S. S. Lee, S. Garner, W. H. Steoer and S. Y. Shin, Appl. Opt., 1999, 38, 530 CAS .
  10. M. Dumont, G. Froc and S. Hosotte, Nonlinear Opt., 1995, 9, 327 Search PubMed .
  11. J. Kato, I. Yamaguchi and H. Tanaka, Opt. Lett., 1996, 21, 767 CAS .
  12. G. Sudesh Kumar and D. C. Neckers, Chem. Rev., 1989, 89, 1915 CrossRef CAS .
  13. H. Rau, ‘Photoisomerization of azobenzenes,’ in Photochemistry and Photophysics, ed. F. J. Rabeck, CRC, Boca Raton, FL, 1990, vol. 2, ch. 4, pp. 119–141 Search PubMed .
  14. S. Xie, A. Natansohn and P. Rochon, Chem. Mater., 1993, 5, 403 CrossRef CAS .
  15. Photochromism, Molecules and Systems, ed. H. Durr, Elsevier, New York, 1990 Search PubMed .
  16. T. Todorov, L. Nikolova, N. Tomova and V. Dragastinova, Opt. Quantum Electron., 1981, 13, 209 CAS .
  17. T. Todorov, L. Nikolova, N. Tomova and V. Dragastinova, IEEE J. Quantum Electron., 1986, QE-22, 1262 CrossRef .
  18. T. Todorov, L. Nikolova and N. Tomova, Appl. Opt., 1984, 23, 4309 CrossRef CAS .
  19. T. Todorov, L. Nikolova and N. Tomova, Appl. Opt., 1984, 23, 4588 CrossRef CAS .
  20. L. Nikolova and T. Todorov, Opt. Act., 1984, 5, 579 Search PubMed .
  21. T. Todorov, L. Nikolova, K. Stoyanova and N. Tomova, Appl. Opt., 1985, 24, 785 Search PubMed .
  22. Sh. D. Kakichashivili and B. N. Kilosanidze, Opt. Spectrosc., 1988, 65, 243 .
  23. T. Huang and K. H. Wagner, IEEE J. Quantum Electron., 1995, 31, 372 CrossRef CAS .
  24. T. Huang and K. H. Wagner, J. Opt. Soc. Am. B, 1996, 13, 282 CAS .
  25. P. Rochon, E. Batalla and A. Natansohn, Appl. Phys. Lett., 1995, 66, 136 CrossRef CAS .
  26. D. Y. Kim, S. K. Tripathy, L. Li and J. Kumar, Appl. Phys. Lett., 1995, 66, 1166 CrossRef CAS .
  27. F. L. Labarthet, T. Buffeteau and C. Sourisseau, J. Chem. Phys. B, 1998, 102, 2654 Search PubMed .
  28. P. Lefin, C. Fiorini and J. M. Nunzi, Opt. Mater., 1998, 9, 323 CrossRef CAS .
  29. M. Itoh, K. Harada, H. Matsuda, S. Ohnishi, A. Parfenov, N. Tamaoki and T. Yatagi, J. Phys. D: Appl. Phys., 1998, 31, 463 CrossRef CAS .
  30. L. Andruzzi, A. Altomare, F. Ciardelli, R. Solaro, S. Hvilsted and P. S. Ramanujam, Macromolecules, 1999, 32, 448 CrossRef .
  31. Z. Sekkat, J. Wood, E. F. Aust, W. Knoll, W. Volksen and R. D. Miller, J. Opt. Soc. Am. B, 1996, 13, 1713 CAS .
  32. J. Si, T. Mitsuyu, P. Ye, Z. Li, Y. Shen and K. Hirao, Opt. Commun., 1998, 147, 313 CrossRef CAS .
  33. T. D. Ebralidze and N. A. Ebralidze, Appl. Opt., 1992, 31, 4720 .
  34. T. D. Ebralidze, Appl. Opt., 1995, 34, 1357 .
  35. A. G. Chen and D. J. Brady, Opt. Lett., 1991, 17, 441 .
  36. S. Hvilsted, F. Andruzzi, C. Kulinna, H. W. Siesler and P. S. Ramanujam, Macromolecules, 1995, 28, 2172 CrossRef CAS .
  37. N. C. R. Holme, P. S. Ramanujam and S. Hvilsted, Appl. Opt., 1996, 35, 4622 CAS .
  38. L. M. Blinov, M. V. Kozlovsky, M. Ozaki, K. Skarp and K. Yoshino, J. Appl. Phys., 1998, 84, 3860 CrossRef CAS .
  39. T. Todorov, N. Tomova and L. Nikolova, Opt. Commun., 1983, 47, 123 CrossRef .
  40. J. J. A. Couture and R. A. Lessard, Appl. Opt., 1988, 27, 3368 CAS .
  41. Y. Shi, W. H. Steier, L. Yu, M. Chen and L. Dalton, Appl. Phys. Lett., 1991, 59, 2935 CrossRef CAS .
  42. P. Rochon, J. Gosselin, A. Natansohn and S. Xie, Appl. Phys. Lett., 1992, 60, 6 CrossRef CAS .
  43. C. Wang, H. Fei, Y. Yang, Z. Wei, Y. Qiu and Y. Chen, Opt. Commun., 1999, 159, 58 CrossRef CAS .
  44. Sh. D. Kakichashvili and T. N. Kvinikhidze, Sov. J. Quantum Electron., 1975, 5, 778 Search PubMed .
  45. Sh. D. Kakichashvili, Sov. J. Quantum Electron., 1983, 13, 1317 Search PubMed .
  46. W. J. Tomlinson, Appl. Opt., 1975, 14, 2456 .
  47. N. V. Kukhtarev, V. B. Markov, S. G. Odulov, M. S. Soskin and V. L. Vinetskii, Ferroelectrics, 1979, 22, 949 CAS .
  48. Z. Sekkat, J. Wood and W. Knoll, J. Phys. Chem., 1995, 99, 17226 CrossRef CAS .
  49. Z. Sekkat and M. Dumont, Synth. Met., 1993, 54, 373 CrossRef CAS .
  50. D. Y. Kim, L. Li, X. L. Jiang, V. Shivshankar, J. Kumar and S. K. Tripathy, Macromolecules, 1995, 28, 8835 CrossRef CAS .
  51. X. L. Jiang, L. Li, J. Kumar, D. Y. Kim, V. Shivshankar and S. K. Tripathy, Appl. Phys. Lett., 1995, 68, 2618 CrossRef CAS .
  52. X. L. Jiang, L. Li, J. Kumar, D. Y. Kim and S. K. Tripathy, Appl. Phys. Lett., 1998, 72, 2502 CrossRef CAS .
  53. S. K. Tripathy, D. Y. Kim, T. S. Lee, X. L. Jiang, L. Li and J. Kumar, Polym. Prepr., 1996, 37, 123 Search PubMed .
  54. R. Birabassov, N. Landraud, T. V. Galstyan, A. Ritcey, C. G. Bazuin and T. Rahem, Appl. Opt., 1998, 37, 8264 CrossRef CAS .
  55. M. Ho, C. Barrett, J. Patersen, M. Esteghamatian, A. Natansohn and P. Rochon, Macromolecules, 1996, 29, 4613 CrossRef CAS .
  56. B. Mandal, R. Jeng, J. Kumar and S. K. Tripathy, Makromol. Chem., Rapid Commun., 1991, 12, 607 Search PubMed .
  57. F. Dong, E. Kodoumas, S. Couris, Y. Shen, L. Qui and X. Fu, J. Appl. Phys., 1997, 81, 7073 CrossRef CAS .
  58. J. G. Victor and J. M. Tokelson, Macromolecules, 1987, 20, 2241 CrossRef CAS .
  59. C. Barrett, A. Natansohn and P. Rochon, J. Phys. Chem., 1996, 100, 8836 CrossRef CAS .
  60. X. G. Wang, J. Chen, S. Marturunkakul, L. Li, J. Kumar and S. K. Tripathy, Chem. Mater., 1997, 9, 45 CrossRef CAS .
  61. X. G. Wang, L. Li, J. Chen, S. Marturunkakul, J. Kumar and S. K. Tripathy, Macromolecules, 1997, 30, 219 CrossRef CAS .
  62. X. G. Wang, S. Balasubramanian, L. Li, X. L. Jiang, D. J. Sandman, M. F. Rubner, J. Kumar and S. K. Tripathy, Macromol. Rapid Commun., 1997, 18, 451 CAS .
  63. N. K. Viswanathan, S. Balasubramanian, L. Li, J. Kumar and S. K. Tripathy, J. Phys. Chem. B, 1998, 102, 6064 CrossRef CAS .
  64. F. L. Labarthet, T. Buffeteau and C. Sourisseau, J. Phys. Chem. B, 1998, 102, 5754 CrossRef CAS .
  65. T. Fukuda, H. Matsuda, N. K. Viswanathan, S. K. Tripathy, J. Kumar, T. Shiraga, M. Kato and H. Nakanishi, J. Synth. Met., 1999, in the press Search PubMed .
  66. M. Amano and T. Kaino, Chem. Phys. Lett., 1990, 170, 352 CrossRef .
  67. T. S. Lee, D. Y. Kim, X. L. Jiang, J. Kumar and S. K. Tripathy, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1998, 95, 316 Search PubMed .
  68. T. S. Lee, D. Y. Kim, X. L. Jiang, L. Li, J. Kumar and S. K. Tripathy, J. Polym. Sci. A, 1998, 36, 283 CrossRef CAS .
  69. M. Sukwattanasinitt, X. Wang, L. Li, X. L. Jiang, J. Kumar, S. K. Tripathy and D. J. Sandman, Chem. Mater., 1998, 10, 27 CrossRef CAS .
  70. T. Masuda and M. Teraguchi, Polym. Prepr., 1998, 39, 283 Search PubMed .
  71. K. S. Alva, T. S. Lee, J. Kumar and S. K. Tripathy, Chem. Mater., 1998, 10, 1270 CrossRef CAS  and references therein.
  72. W. Liu, S. Bian, L. Li, J. Kumar, L. Samuelson and S. K. Tripathy, ‘Enzymatic synthesis of photoactive poly(4-phenylazophenol)’ submitted to Chem. Mater., 1999 Search PubMed .
  73. S. K. Tripathy, D. Y. Kim, N. K. Viswanathan, S. Balasubramanian, W. Liu, P. Wu, S. Bian, L. Samuelson and J. Kumar, J. Synth. Met., 1999, in the press Search PubMed .
  74. M. Eich, J. H. Wendroff, B. Reck and H. Ringsdorf, Makromol. Chem. Rapid. Commun., 1987, 8, 59 Search PubMed .
  75. M. Eich and J. H. Wendroff, Makromol. Chem. Rapid. Commun., 1987, 8, 467 Search PubMed .
  76. S. Hvilsted, F. Andruzzi and P. S. Ramanujam, Opt. Lett., 1992, 17, 1234 Search PubMed .
  77. N. C. R. Holme, P. S. Ramanujam and S. Hvilsted, Opt. Lett., 1996, 21, 902 CAS .
  78. M. Eich and J. Wendroff, J. Opt. Soc. Am. B, 1990, 7, 1428 CrossRef CAS .
  79. L. Nikolova, T. Todorov, M. Ivanov, F. Andruzzi, S. Hvilsted and P. S. Ramanujam, Appl. Opt., 1996, 35, 3835 CAS .
  80. P. S. Ramanujam, N. C. R. Holme and S. Hvilsted, Appl. Phys. Lett., 1996, 68, 1329 CrossRef .
  81. N. C. R. Holme, L. Nikolova, P. S. Ramanujam and S. Hvilsted, Appl. Phys. Lett., 1997, 70, 1518 CrossRef CAS .
  82. I. Naydenova, L. Nikolova, T. Todorov, N. C. R. Holme, P. S. Ramanujam and S. Hvilsted, J. Opt. Soc. Am. B, 1998, 15, 1257 CAS .
  83. N. C. R. Holme, L. Nikolova, S. Hvilsted, P. H. Ramussen, R. H. Berg and P. S. Ramanujam, Appl. Phys. Lett., 1999, 74, 519 CrossRef CAS .
  84. T. G. Pedersen, P. M. Johansen, N. C. R. Holme, P. S. Ramanujam and S. Hvilsted, Phys. Rev. Lett., 1998, 80, 89 CrossRef .
  85. N. K. Viswanathan, S. Balasubramanian, L. Li, J. Kumar and S. K. Tripathy, submitted to Jpn. J. Appl. Phys., 1999 Search PubMed .
  86. S. Bian, L. Li, J. Kumar, D. Y. Kim, J. Williams and S. K. Tripathy, Appl. Phys. Lett., 1998, 73, 1817 CrossRef CAS .
  87. C. J. Barrett, P. Rochon and A. Natansohn, J. Chem. Phys., 1998, 109, 1505 CrossRef CAS .
  88. P. Lefin, C. Fiorini and J. M. Nunzi, Pure Appl. Opt., 1998, 7, 71 CrossRef CAS .
  89. G. Decher, Science, 1997, 277, 1232 CrossRef CAS .
  90. J. Kumar, L. Li, X. L. Jiang, D. Y. Kim, T. S. Lee and S. K. Tripathy, Appl. Phys. Lett., 1998, 72, 2096 CrossRef CAS .
  91. P. W. Smith, A. Ashkin and W. J. Tomlinson, Opt. Lett., 1981, 6, 284 .
  92. K. O. Hill, B. Malo, F. Bilodeau, D. C. Johnson and J. Albert, Appl. Phys. Lett., 1993, 62, 1035 CrossRef CAS .
  93. B. Malo, D. C. Johnson, F. Bilodeau, J. Albert and K. O. Hill, Opt. Lett., 1993, 18, 1277 .
  94. J. Nishii, H. Yamanaka, H. Hosono and H. Kawazoe, Opt. Lett., 1996, 21, 1360 CAS .
  95. K. Tsunetomo and T. Koyama, Opt. Lett., 1997, 22, 411 CAS .
  96. L. Li, X. L. Jiang, D. Y. Kim, J. Kumar and S. K. Tripathy, Org. Thin Films Photon. Appl. Tech. Dig., 1997, 14, 214 Search PubMed .
  97. J. J. Butler, M. A. Rodriguez, M. S. Malcuit and T. W. Stone, Opt. Commun., 1998, 155, 23 CrossRef CAS .
  98. M. Schmitz, R. Brauer and O. Bryngdahl, Opt. Lett., 1995, 20, 1830 .
  99. M. Schadt, H. Seiberle and A. Schuster, Nature, 1996, 381, 212 CrossRef CAS .
  100. V. K. Gupta and N. L. Abbott, Science, 1997, 276, 1533 CrossRef CAS .
  101. J. Cognard, J. Mol. Cryst. Liq. Cryst. Suppl. Ser., 1982, 1, 1 Search PubMed .
  102. D. W. Berreman, Phys. Rev. Lett., 1972, 28, 1683 CrossRef CAS .
  103. U. Wolff, W. Grenbel and H. Kruger, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1973, 23, 187 CAS .
  104. B. Cull, Y. Shi, S. Kumar and M. Schadt, Phys. Rev. E, 1996, 53, 3777 CrossRef CAS .
  105. J. M. Geary, J. W. Goodby, A. R. Kmetz and J. S. Patel, J. Appl. Phys., 1987, 62, 4100 CrossRef CAS .
  106. H. Kikuchi, J. A. Logan and D. Y. Yoon, Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 1994, 345, 247 .
  107. J. Paterson, A. Natansohn, P. Rochon, C. L. Callender and L. Robitaille, Appl. Phys. Lett., 1996, 69, 3318 CrossRef CAS .
  108. R. G. Hunsperger, Integrated Optics: Theory and Technology, Springer series in Optical Sciences vol. 33, Springer-Verlag, Berlin, 1985 Search PubMed .
  109. R. Arnost, Photoreactive polymers: The Science and Technology of resists, John Wiley, New York, 1989 Search PubMed .
  110. S. R. Cooper, D. W. Tomkins and M. Petty, Opt. Lett., 1997, 22, 357 CAS .
Click here to see how this site uses Cookies. View our privacy policy here.