Balanced homodyne detection of Bragg microhologramms in photopolymer for data storage

Wavelength multiplexed holographic bit oriented memories are serious competitors for high capacity data storage systems. For data recording, two interfering beams are required whereas one of them should be blocked for readout in previously proposed systems. This makes the system complex. To circumvent this difficulty and make the device simpler, we validated an architecture for such memories in which the same two beams are used for recording and reading out. This balanced homodyne scheme is validated by recording holograms in a Lippmann architecture

Holography, reconstructing by light thanks to a photostructurable medium

During holographic recording, interference patterns produced by a reference beam and the light waves scattered by the object are stored by building-up of refractive index variations or relief profiles in the photosensitive medium. Early holograms used silver halide photographic emulsions as the recording medium. Being able to memorize an incident complex fringe pattern with small features at the submicrometer scale, different polymeric media are also successfully usable. All this optimizing work generated different applications

Two-photon photopolymerization directly initiated by spiropyran photochromic molecules

Here, we report the ability of spiropyrans to initiate two-photon polymerization (TPP) for the first time in the literature. The comparison and synergies between the spiropyran photochromic molecule of interest, namely 6-nitro-BIPS, and well-known photoinitiators of radical photopolymerization have been studied. The spiropyran (SPy) molecule can initiate TPP in the presence of trifunctional acrylic monomers and create true 3D structures. The comparison with Irgacure 819, a well-known Type-I photoinitiator, shows that SPy has a comparable capability for TPP. In addition, the combination of SPy with methyl diethanolamine increased the reactivity of both one- and two-photon polymerizations. In the last section, we discuss which SPy isomer is the active photochromic species capable of generating radicals for initiating two-photon polymerization

Nanostructuration à deux photons de photopolymères fonctionnels pour la nanolithographie 3D : applications en photonique et en biodétection

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Structuration 2D et 3D des matériaux polymères aux échelles nanos

International audienceLes polymères structurables suscitent un intérêt croissant avec l’émergence de nouveaux domaines micro/nano technologiques et la proposition de nouvelles structures photoniques, plasmoniques et composants optiques intégrés. En particulier, les photopolymères attirent de plus en plus l’attention grâce à la possibilité de les doper par des nanomatériaux et de les structurer dans une large gamme de longueurs d’onde et ceci de façon spatialement contrôlée. L’interaction de ces matériaux, dopés ou non, avec les nanostructures photoniques permet, par exemple, de caractériser localement le profil du champ électromagnétique ou les propriétés thermiques, de générer de structures hybrides ou d’intégrer collectivement de nouvelles fonctions optiques. Dans ce contexte, le LNIO, qu’a développé depuis plusieurs années une expertise en nanooptique, s’intéresse de plus en plus à la nanostructuration des polymères et à l’interaction de ces dernières avec les nanostructures plasmoniques. Se dotant de techniques de fabrication modernes telles que la lithographie électronique et la photolithographie 3D, le laboratoire développe une expertise de fabrication de nanostructures 2D et 3D (nanoparticules plasmoniques, métamatériaux 3D,…) et s’intéresse à leur intégration sur des composants optiques et à leurs caractérisations en champ proche (SNOM, imagerie photo et thermo nanochimique,…). En particulier, je présenterai ici les différents travaux d’élaboration, structuration et utilisation de polymères comme sondes moléculaires photochimiques ou thermiques pour imager et caractériser les nanostructures plasmoniques ou pour la réalisation de structures photoniques hybrides. Je développerai également notre approche d’optimisation de résines photosensibles basée sur la non-linéarité de la réponse chimique afin de réduire considérablement le volume réactionnel et d’obtenir des motifs 2D et 3D nettement plus petits que la longueur d’onde d’écriture (lambda/18 !)

1D, 2D and 3D assembly of plasmonic Nanoparticles for sensing applications

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Nouvelle approche d'étude des propriétés thermiques de nanoparticules métalliques

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3D structuring of polymers and metals at sub-wavelength scales by direct laser writing for photonic and sensing applications

International audienceFabrication of three-dimensional (3D) nanostructures has received increasing attention due to their potential application in many exemplified areas of research such as Photonics (photonic crystals, metamaterials, photonic ring resonators, diffractive optics), Micro Optics (micro optical devices, integrated optics), Micro Fluidics (lab-on-a-chip systems, development of substances, analysis), Life Sciences (extra cellular matrices, stem cell differentiation, cell growth studies, tissue engineering) and Nano- and Microtechnology. So far, the fabrication of three-dimensional structures with feature sizes far beyond the diffraction limit of the applied laser wavelength is a great challenge in photolithography and associated fields. In that context, we investigate physical approaches (near field illumination, Two Photon Absorption,…) coupled to chemical non-linearity effects in order to confine the matter/light interaction volume. In this paper, we show that nanostructures (polymers, metals or hybrid materials) could be fabricated by laser assisted photochemical routes with sub-100 nm feature sizes (lambda/18)

Photostructuration des matériaux polymères (étude physico-chimique en vue d'apllications en micro-optique et stockage d'information)

Dans ces travaux de thèse, une étude fondamentale mettant en jeu une approche microscopique couplée à des mesures spectroscopiques a été réalisée afin de caractériser et contrôler les mécanismes de photostructuration d'un matériau photopolymérisable à base d'acrylates. Deux techniques de microstructuration ont été considérées : l'une holographique et l'autre lithographique en sortie de fibre optique. En particulier, les phénomènes de diffusion de colorant et d'oxygène dans la matrice photopolymérisable lors de l'irradiation inhomogène ont été mis en évidence, grâce à des mesures de spectroscopie UV-Visible et de l'énergie seuil de polymérisation. Le couplage encre polymérisation et diffusion est discuté et son influence sur les propriétés finales des microstructures polymères est démontrée. Il est également montré que l'effet de filtre interne et celui de l'inhibition par l'oxygène, généralement indésirables dans les systèmes photochimiques, sont mis a profit dans la création des pointes polymères pour induire un gradient décroissant de polymérisation et ainsi confiner le volume polymérisé. L'utilisation de 1'AFM en pulsed force mode a permis, pour la première fois, de réaliser un suivi quantitatif de la réaction de photopolymérisation sur ce type de matériau avec une résolution submicronique. En particulier, le signal PFM a été corrélé au taux de conversion de monomère déterminé par spectroscopie FTIR. Ces travaux ont permis d'étendre la résolution spatiale du matériau et de sélectionner les paramètres clés dans la fabrication de micropointes polymères. Par ailleurs, les méthodes expérimentales mises en place et l'approche suivie permettent d'établir des concepts pouvant être appliqués à d'autres matériaux et d'envisager, par conséquent, des élargissements à d'autres domaines d'application en micro- et nano-fabrication.We investigated physico-chemical mechanisms involved in the photostructuring of photopolymerizable materials. - Two experimental configurations based on spatially controlled polymerization were used: holographic gratings recording and photolithography at the end of optical fiber. In particular, UV-visible spectroscopy and measurements of polymerization threshold energy were performed in order to characterize the role of diffusion of dye and oxygen molecules throughout the photopolymer matrix during inhomogeneous irradiation. The coupling between polymerization and diffusion processes is discussed and its influence on the final properties of the polymer microstructures is highlighted. We have also demonstrated that during the fabrication of end-of-fiber polymer tips, the effects of internai filter and oxygen inhibition, generally undesirable in photopolymerization, can be advantageously used to confine the polymerized volume. AFM used in Pulsed Force Mode was employed to give information on the photostructuration process with submicronic resolution. The close examination of the PFM signal brought accurate information on the local photoinduced modification of the film. In particular, we correlate the PFM signal to the monomer conversion that was measured by FTIR spectroscopy. This study allowed expanding the spatial resolution of the material and selecting the synthesis parameters leading to an improvement in the mechanical and optical properties of the polymer tip. From a fondamental point of view, the experimental methodology and the fondamental approach followed in this work appeared to be of highest interest to investigate the photostructuration of polymers at the micro- and nano-scales.MULHOUSE-SCD Sciences (682242102) / SudocSudocFranceF

Fabrication of true 3D polymer nanostructures with sub-100 nm feature sizes via femtosecond direct laser writing based on two-photon polymerization

International audienceIn this work, we demonstrate the capability to fabricate three-dimensional (3D) structures with 75 nm resolution using direct laser writing (DLW) based on two-photon polymerization. The composition of the photopolymerizable solution was tuned in order to show a strong chemical non-linearity effect by adding free radical inhibitors. The influence of the inhibitor concentration, laser power and scan speed on the resolution of as-prepared structures is also investigated. It is observed that, with the optimized inhibitor-containing formulation, the resolution is significantly improved as the scan speed increased (400 µm/s)