We report observation of holographic surface relief gratings with relatively large amplitude on a second order nonlinear optical polymeric material. Surface relief gratings on these polymer films were created upon exposure to polarized Ar+ laser beams at 488 nm without any subsequent processing steps. The surface structure of the relief gratings was investigated by atomic force microscopy. The depth of the surface relief in a typical case was 120 nm which is approximately 20% of the original film thickness. The diffraction efficiency of gold-coated gratings was investigated as a function of wavelength and capability of recording orthogonal gratings on the same film was demonstrated.

A model for the formation of holographic surface relief gratings in azobenzene functionalized polymers is presented. Forces leading to migration of polymer chains upon exposure to light in the absorption band of the azo chromophore are attributed to dipoles interacting with the gradient of the electric field present in the polymer material. Efficient trans–cis cycling in the azobenzenes allows cooperative movement of the chromophores under the influence of gradient forces.