可連接外部激發光束光源的有機雷射器的製作方法
2023-05-12 06:07:16 1
專利名稱：可連接外部激發光束光源的有機雷射器的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及有機雷射器領域，並尤其涉及垂直腔有機雷射器(vertical cavity organic laser)，此處也稱為有機雷射腔裝置(organic lasercavity)。更具體地說，本發明涉及相對於外部激發光束光源的間隔關係定位有機雷射腔裝置。
背景技術：
自80年代中期以來已經開發研製出了基於無機半導體(如AlGaAs)的垂直腔面發射雷射器(VCSEL)(S.Kinoshita等，IEEEJournal of Quantum Electronics，Vol.QE-23，No.6，June 1987)。它們達到了這樣一點，即由多個公司製造的發射850nm的基於AlGaAs的VCSEL，並且壽命在100年以上(K.D.Choquette等，Proceeding of theIEEE，Vol.85，No.11，November 1997)。隨著這些近紅外雷射器的成功，近年來的注意力已經轉向其它的無機材料系統以生產可發射可見光波長範圍的VCSEL(C.Wilmsen等，Vertical-cavity Surface-Emitting Lasers，Cambridge University Press，Cambridge，2001)。可見光雷射器有很多潛在的用途，如顯示器，光學存儲讀取和寫入、雷射列印和採用塑料光纖的短距離無線通訊(T.Ishigure等，ElectronicsLetters，Vol.31，No.6，March 16，1995)等。儘管有很多工廠和大學實驗室的廣泛努力，但仍有很多工作要做以創建能生成橫跨可見光譜的光輸出的可行的雷射二極體(邊緣發射器或VCSELs)。
在製造可見波長VCSEL的嘗試中，放棄基於無機的系統並著重於基於有機的雷射器系統是很有利的；因為基於無機的增益材料比基於無機的增益材料在可見光譜上可以擁有很多的優點。例如，典型的基於有機的增益材料具有較低的非激發散射(unpumped scattering)/吸收損耗和高量子效率的特性。與無機雷射器系統相比，有機雷射器的製造不很昂貴，可以在整個可見光範圍內發射，可以做成任意大小的比例，並且最重要的是能夠從單個晶片發射多種波長(如紅、綠和蘭)。在過去的幾年裡，人們對製造基於有機固態雷射器的興趣增大。雷射增益材料既可以是聚合和也可以是小分子材料，並且採用多種不同的諧振腔結構，如微型腔(見Kozlov等2000年12月12日發表的美國專利US6160828)、波導、環形微型雷射器和分布式反饋雷射器(例如，見G.Kranzelbinder等Rep.Prog.Phys.63，2000和Diaz-Garcia等1999年3月9日發布的美國專利US5,881,083)。所有這些結構的問題在於要實現其雷射作用，需要通過利用另一個雷射源的光學激發(optical pump)來激勵諧振腔。優選電激發雷射諧振腔，因為一般這樣導致更緊湊和更易於調製的結構。
對實現電激發有機雷射器的一個主要障礙是有機材料較小的載流子遷移率，該值主要處於10-5cm2/(V-s)的量級。這種較低的載流子遷移率導致很多問題。具有較低載流子遷移率的裝置一般被限制在使用薄層以免較大的電壓降和歐姆發熱(ohnic heating)。這些薄層導致穿透有耗陰極和陽極的雷射模式，這造成雷射閾值的較大提高(見V.G.Kozlov等，Journal of Appl.Physics，Vol.84，No.8，October 15，1998)。因為有機材料中電子-空穴的複合(electron-hole recombinantion)由Langevin複合(其複合速率按載流子遷移率的比例)控制，較低的載流子遷移率導致具有比單激發(singlet excition)更多的電荷載流子的大小量級；這樣的一個後果是電荷感應的(極化子)吸收可以成為一個嚴重的損耗機理(N.Tessler等，Applied PhysicsLetters，Vol.74，No.19，May 10，1999)。假設雷射器裝置具有5％的內量子效率，利用迄今報導的最低雷射閾值～100W/cm2(M.Berggren等，LetterTo Nature，Vol.389，October 2，1997)，並且忽略上述損耗機理，將把下限置於1000A/cm2的電激發雷射閾值。包括這些損耗機理在內將雷射閾值置於1000A/cm2以上，該數據是迄今報導的最高電流密度，其可以由有機器件支持(N.Tessler，Advanced Materials，1998，10，No.1)。
有機雷射器電激發的另一種方法是通過非相干光源、如發光二極體(LED)、既可以是無機的(M.D.McGehee等，Applied PhysicsLetters，Vol.72，No.13，March30，1998)也可以是有機的(Berggren等，US.Patent No.5,881,089 issued Mar.9，1999)光源進行光學激發。這種可能是非激發有機雷射器系統的結果，該系統在雷射波長大大減少的合併散射(combined scattering)和吸收損耗(～0.5cm-1)，尤其當採用賓主組合物(host-dopant combination)作為活性介質時更是如此。甚至利用這種小損耗的優點，根據波導雷射器設計，迄今報導的有機雷射器最小光學激發閾值是100W/cm2(M.Berggren等，Nature 389，October2，1997)。因為現成的無機LED只可以提供高達～20W/cm2的功率密度，所以需要採取不同的方式以能夠由非相干光源光學激發。另外，為了降低雷射閾值，需要選擇將增益量減為最小的雷射器結構；基於VCSEL的有機微諧振腔雷射器滿足該標準。利用基於VCSEL的有機雷射腔將能夠獲得光學激發5W/cm2以下的功率密度閾值。其結果是實際的有機雷射設備可通過以各種易於得到的、非相干光源、如LED光學激發而被驅動。
LED作為光學激發裝置的上述使用的缺點是LED與有機腔雷射器結合在一起作為集合部分。因此，很難完成LED對準並且如果對準不正確的話，不容易改變。
所需要的是一種連接和動態對準有機諧振腔雷射器到非相干光源的方便方法。
發明內容
本發明通過提供垂直腔有機雷射裝置以克服一個或多個問題，本發明包括有機雷射腔，其包括一個底部電介質堆(bottom dielectricstack)，其用於接收並傳遞激發光束，並在預定的波長範圍內反射雷射束；一個有機活性區(organic active region)，其用於接收來自第一電介質堆的傳遞的激發光束並發射雷射；和一個頂部電介質堆，其用於將透射的激發光束和來自有機活性區的雷射反射回到有機活性區，其特徵在於底部和頂部電介質堆以及有機活性區的組合輸出雷射；裝置進一步包括外部激發光束光源以光學激發光到有機雷射諧振腔；和一個定位器，其用於確定有機雷射諧振腔和外部激發光束光源的間隔關係。
本發明的另一個實施例提供了一種用於把激發光束引導到至少一個垂直諧振腔有機雷射裝置的方法；方法包括步驟選擇外部激發光束光源和至少一個垂直諧振腔有機雷射裝置之間的間隔關係；並且定位外部激發光束光源和至少一個垂直諧振腔有機雷射裝置，以使得光射線由外部激發光束光源導向至少一個垂直諧振腔有機雷射裝置。
有機雷射諧振腔裝置的一個優點是其有低雷射閾值，其使得在選取激發光源和在激發光源及有機雷射諧振腔裝置的間隔關係方面有較大的靈活性。第二個優點是本發明提供了一種連接和動態對準有機諧振腔雷射裝置到非相干光源的方便方法。
通過下面結合說明和附圖，本發明的上述及其它目的、特點和優點將變得更加清晰，其中用相同的標號表示附圖中公共的相同特徵，其中圖1是根據本發明製造的垂直腔有機雷射器的截面圖；圖2是根據本發明製造的垂直腔有機雷射器的另一實施例截面圖；圖3是鎖相有機雷射陣列的截面圖；圖4a是根據本發明製造的帶有定位器的垂直腔有機雷射裝置的截面圖；圖4b是根據本發明製造的具有第二諧波頻率發生器的的垂直腔有機雷射裝置的截面圖；圖4c是根據本發明製造的帶有和或差頻率發生器的的垂直腔有機雷射裝置的截面圖；圖5是根據本發明製造的垂直腔有機雷射裝置和定位器另一個實施例的截面圖；圖6是根據本發明製造的垂直腔有機雷射器陣列和定位器的垂直截面圖；圖7是根據本發明製造的垂直腔有機雷射器陣列、定位器和傳感器的截面圖；圖8是根據本發明製造的垂直腔有機雷射器陣列、定位器和傳感器另一個實施例的截面圖；圖9a是根據本發明製造的垂直腔有機雷射器陣列和傳感器的頂視圖；圖9b是根據本發明製造的圖9a另一個實施例的頂視圖；
圖10是根據本發明製造的垂直腔有機雷射器、定位器和反射器的截面圖；圖11是根據本發明製造的垂直腔有機雷射器通過連接器連接到外部激發光束光源的示意圖；圖12是根據本發明製造的另一個實施例的示意圖；圖13是根據本發明製造的另一個實施例的示意圖；圖14是根據本發明製造的另一個實施例的示意圖；和圖15是根據本發明製造的具有定位器和光譜改進介質的垂直腔有機雷射器的截面圖。
為了便於理解，採用相同的標號表示各附圖中共有的相同元件。
具體實施例方式
在本發明中，描述垂直腔有機雷射器裝置(VCSELs)的專有名詞可與簡稱「有機雷射器諧振腔裝置」互換。有機雷射器諧振腔結構製成較大區域的結構和由發光二極體(LEDs)光學激發。
圖1中示出了垂直腔有機雷射裝置10的簡圖。襯底20既可以是透明的也可以是不透明的，這取決於光激發和雷射發射的意定方向。光透射襯底20可以是透明玻璃、塑料或其它透明材料，如藍寶石。或者，可以將包括但不限於半導體材料(如矽)或陶瓷材料的不透明襯底用於光激發和發射通過同一平面發生的情形。在襯底上沉積一個底部電介質堆30，之後再沉積一個有機活性區40。然後沉積一個頂部頂部電介質堆50。激發光束60光學激發垂直腔有機雷射裝置10。激發光束60的光源可為非相干，如從發光二極體(LED)發射的光。或者，激發光束60可以從相干雷射源發出。示圖表示從頂部頂部電介質堆50發射的雷射70。或者，雷射裝置可以通過適當設計電介質層的反射率由透過襯底20的雷射發射穿過頂部頂部電介質堆50而光學激發。在不透明襯底如矽的情況下，穿過頂部頂部電介質堆50時發生光學激發和雷射發射。
有機活性區40的優選材料是一種分子量有機賓主結合物(host-dopant combination)，典型地是通過高真空熱蒸發沉積。這些賓主結合物具有優點，因為它們對增益介質產生極小的非激發散射/吸收損耗。優選有機分子是小分子量的分子，因為真空沉積材料可以比旋覆(spin-coasted)聚合材料更均勻地沉積。還優選地選擇本發明中的主材(host material)的以使得其對激發光束60有充分地吸收並能夠通過Frster能量轉移將大部分激勵能量傳遞給賓材(dopant material)。本領域的技術人員很熟悉Frster能量轉移的原理，它包括在賓主分子之間無輻射的能量轉移。用於發射紅光的雷射器的一個有用的賓主結合物的例子是作為主的三(8-羥基喹啉)鋁(Alq)和作為賓的[4-(二氰亞甲基)-2-t-丁基-6(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-enyl-4H-吡喃](DCJTB)(以1％的體積分數)。其它的賓主結合物可以用於其它的波長發射。例如，在綠色波段，有用的化合物是Alq作為主材，[10-(2-苯並噻唑基)-2，3，6，7-四氫-1，1，7，7-四甲基-1H，5H，11H-[1]苯並吡喃[6，7，8-ij]喹嗪-11-酮](C545T)作為賓材(以0.5％的體積分數)。其它的有機增益區材料可以是聚合物，如Wolk等人在2001年2月27日發表的美國專利US6,194,119中指出的聚亞苯基亞乙烯基衍生物、二烷氧基-聚亞苯基亞乙烯基、對聚苯衍生物和聚芴衍生物，該文在此引為參考。有機活性區40的目的是接收透射的激發光束60和發射雷射。
優選地通過常規的電子束沉積分別沉積底部底部電介質堆30和頂部頂部電介質堆50，並且這兩層可以包括交替的高指數材料和低指數的電介質材料，如TiO2和SiO2。也可以使用其它材料，如用於高指數層的Ta2O5。底部底部電介質堆30在大約240℃的溫度下沉積。在頂部電介質堆50的沉積過程中，溫度維持在70℃左右以避免溶化有機活性材料。在本發明的另一實施例中，通過沉積一個反射金屬鏡層代替頂部電介質堆50。典型的金屬是銀或鋁，其反射率超過90％。在此另一個實施例中，激發光束60和雷射發射70都將穿過該襯底20。根據雷射垂直腔10的理想發射波長，底部電介質堆30和頂部電介質堆50均在預定的波長範圍內反射雷射。
使用具有極高技巧的垂直微諧振腔允許有一個極低閾值(在0.1W/cm2的功率密度以下)的雷射發射臨界點。此低閾值能夠使非相干光源用於激發，代替其它雷射系統中常規使用的雷射二極體的聚焦輸出。激發源的一個例子是UV LED，或是UV LED陣列，如來自Cree(具體地說是XBRIGHT900Ultraviolet Power ChipLED)。這些光源發射中心接近405nm波長的光，並且認為在晶片中產生20W/cm2量級的功率密度。因而，即使考慮到由於器件封裝以及LED的擴展角發射輪廓而對利用率的限制，LED的亮度也足以以高於雷射發射閾值以上多倍的水平激發雷射腔。
雷射器的效率利用圖2所示的對垂直腔有機雷射器80的活性區設計而得到進一步的提高。有機活性區40包括一個或多個周期增益區100和設置在周期性活性區100任一側上的有機間隔層110，該層布置成使周期性增益區與裝置的駐波電磁場120的波腹103對齊。此情形示於圖2，圖中簡要繪製了有機活性區40中雷射器駐波的電磁場圖案120。因為受激發射在波腹103處最高，並且在電磁場的節點105處可以忽略，所以形成圖2所示的活性區40有一個固有的優點。有機間隔層110不經歷這種受激或自發輻射，並且很大可能地既不吸收雷射發射70、也不吸收激發光束60的波長。有機間隔層110的一個例子是有機材料1，1-二-(4-二(甲基-苯基)-氨基-苯基)-環己烷(TAPC)。TAPC可以很好地用作間隔材料，因為它不大吸收雷射發射或激發光束60的能量，並且它的折射率稍低於大部分有機主材的折射率。這種折射率的差異是很有用的，因為它有助於使電磁場的波腹112與周期性增益區100的重疊最大化。如參考本發明以下將要所述的，用周期性增益區100代替體增益區以產生更高的功率轉換效率以及顯著減少不必要的自發輻射。周期性增益區100的位置通過利用光學元件的標準矩陣法決定(S.Corzine等，IEEE Journal of QuantumElectronics，Vol.25，No.6，June 1989)。為了達到好的結果，需要周期性增益區100的厚度等於或低於50nm以避免不必要的自發輻射。
此雷射器可以增大面積的同時利用圖3所示的鎖相有機雷射器陣列190維持空間相干程度。為了形成二維鎖相雷射器陣列190，需要把被象素間區域210分開的有機雷射諧振腔裝置200限定在VCSEL的表面上。為了獲得相位鎖定，強度和相位信息最好在有機雷射諧振腔裝置200之間交換。這最好通過利用少量的固有折射率或增益導向、如通過調製其中一個反射鏡的反射率把雷射發射微弱地限定在象素區而獲得。在一個實施例中，反射率調製通過利用標準光刻和蝕刻技術在底部電介質堆30中形成並圖案化蝕刻區220而進行，由此在底部電介質堆30的表面上形成一個圓柱211的二維陣列。有機雷射器微諧振腔結構的其餘部分沉積在如上所述的圖案化的底部電介質堆30上。在一個實施例中，雷射器象素的形狀為圓形；但也可以是其它的象素形狀，如矩形。象素間的區域210處於0.25-4μm的範圍。對於較大像素間的區域210，也可發生鎖項操作；但它導致光激發能量的不充分利用。蝕刻深度優選為200-1000nm以形成蝕刻區220。通過在底部電介質堆30中正好蝕刻奇數層，可以在遠離增益介質峰值的蝕刻區中實現縱模波長的顯著平移。因此，產生雷射的作用受到抑制並且在象素間區域210中自發輻射顯著減少。形成蝕刻區220的最終結果在於雷射發射被微弱地限制在有機雷射諧振腔裝置200，沒有雷射從象素間區域210發出，並且由陣列190發射相干鎖相雷射。
有機VCSEL裝置(以下也稱作有機雷射諧振腔裝置並且可交替使用)的其它優點在於它們可以很容易地製作成單個可尋址像元陣列。在此陣列中，每個像元可以與相鄰的像元不相干，並由單個的激發源(如LED或LED組)激發。依據應用的需要，該陣列既可以是一維的(線性)，也可以是二維的(面)。陣列中的像元也可以包括多個賓主結合和/或多個諧振腔設計，以使得可以由單個陣列產生多種波長。
圖4a表示垂直腔有機雷射裝置10和由定位器240保持位置的激發光束光源230的截面圖。定位器240包括構架250，其用以保持激發光束光源230與垂直腔有機雷射裝置10保持間隔關係。垂直腔有機雷射裝置10和激發光束光源230的優選間隔關係由調節器260a和260b保持。調節器260a和260b可為壓片(pieze chip)或非常精細的螺紋螺釘，並具有在由箭頭270a和270b方向移動垂直腔有機雷射裝置10的能力。定位器240還包括激發光束光源錐體280，其定向光線300從激發光束光源230射向垂直腔有機雷射裝置10，和激發光束光源夾持器290。(激發光束光源錐體280通常為光收集機構，可為反射器)。在圖4a所示的本實施例中，激發光束光源230為CREE MegaBrightTM發光二極體(LED)。
垂直腔有機雷射裝置10的一個優點是可以指定垂直腔有機雷射裝置10發射非常窄的波長λ1。其優點是能夠將垂直腔有機雷射裝置10的輸出從一個特定的波長λ1動態轉換為特定的波長λ2。
現在參見圖4b，用於垂直腔有機雷射裝置10的動態轉換輸出的一項技術為非線性混頻，例如二次諧波的產生。從第一垂直腔有機雷射裝置10輸出的輻射λ1導向到二次諧波頻率發生器305。二次諧波頻率發生器305包括材料如鈮酸鋰(LiNbO3)。二次諧波頻率發生器305或倍頻或如等式λ2＝λ1/2的定義減半波長。
圖4c表示動態轉換垂直腔有機雷射器裝置10輸出的另一項技術。從垂直腔有機雷射器裝置10輸出的輻射λ1導向到和或差頻發生器308，同時從第二垂直腔有機雷射器裝置315輸出的輻射λ2也導向到和或差頻發生器308。和或差頻發生器308或增加或減去頻率，如等式所定義λ3＝λ1+或-λ2。和或差頻發生器308包括材料如鈮酸鋰(LiNbO3)。
圖5是根據本發明製造的垂直腔有機雷射器裝置10和激發光束光源230均由定位器310定位的另一個實施例的截面圖。如圖4a前述討論，相同標號表示相同的部件和操作。在所示的實施例中，通過垂直腔有機雷射器裝置10的光路被反轉，因此垂直腔有機雷射器裝置10通過頂部電介質堆50被光學光束，同時雷射輻射從底部電介質堆30和襯底20反射。在該另一個實施例中，底部電介質堆30同時反射激發光束光線300和雷射輻射70。根據垂直腔有機雷射器裝置10的理想輻射波長，底部電介質堆30和頂部電介質堆50在預定的波長範圍內反射雷射。頂部電介質堆50優選應當透射激發光束波長。定位器310包括構架320，其用以保持激發光束光源230與垂直腔有機雷射器裝置10的間隔關係。垂直腔有機雷射器裝置10與激發光束光源230的間隔關係優選通過使用調節器260a和260b來維持。調節器260a和260b可為壓片或非常精細的螺紋螺釘，並具有在由箭頭270a和270b方向移動垂直腔有機雷射裝置10的能力。定位器310還包括激發光束光源錐體330，其引導光線300從激發光束光源230射向垂直腔有機雷射裝置10並允許雷射輻射70通過。激發光束光源錐體330引導激發光束光線300射向垂直腔有機雷射裝置10，同時允許雷射輻射70通過。激發光柱光源錐體330可包括濾光片材料，該材料反射激發光束波長並透過雷射輻射70。這樣的濾光片通常由多層介電材料沉積。本領域的技術人員熟知此類濾光片的可獲得性。定位器310還包括激發光束光源夾持器340。
圖6是由定位器360保持垂直腔有機雷射器陣列190與外部激發光束光源350間隔關係的截面圖。定位器360包括構架370，構架用以固定外部激發光束光源350、反射器380和準直鏡片390。垂直腔有機雷射器陣列190與外部激發光束光源350的最佳間隔關係通過使用調節器400a和400b以及調節器410a和410b來維持。調節器400a和400b以及調節器410a和410b可為非常精細的螺紋螺釘，並具有在由箭頭420a、420b和430a、430b方向移動垂直腔有機雷射器陣列190的能力。定位器360使用反射器380和光收集機構435以把光線440從外部激發光束光源350通過準直鏡片390導向到垂直腔有機雷射器陣列190。在實施例中所示，外部激發光束光源350可為任何非相干光源。另外，外部激發光束可源自相干雷射源(未示出)或如圖4a所示的激發光束光源230。
圖7表示本發明另一個實施例的垂直腔有機雷射器陣列190截面圖，垂直腔有機雷射器陣列190包括至少兩個具有傳感器450的垂直腔有機雷射器裝置10，當雷射輻射從未示出的另一個面反射回來時，傳感器450調諧以檢測雷射輻射70。如圖1和4a中所述，相同的符號表示相同的部件和操作。傳感器450可位於垂直腔有機雷射器陣列190的中央，如圖9a所示。傳感器可為光電倍增管、無機半導體光伏傳感器、有機半導體光伏傳感器、無機光電流傳感器或有機光電流傳感器。圖7和圖9a所示的垂直腔有機雷射器陣列190包括多個均調諧到相同的波長的垂直腔有機雷射器裝置10。前述的激發光束光源230光學激發每個垂直腔有機雷射器裝置10，導致垂直腔有機雷射器陣列190鬆散(laze)，由此由頂部電介質堆50產生雷射輻射70。當雷射輻射70撞擊另一個面時，其(雷射輻射)反射回到垂直腔有機雷射器陣列190。傳感器450可調諧到只對反射光線460的波長敏感。探測反射光線460的傳感器450通過線470送出信號到存儲器和控制單元(未示出)。信號可用於發出警告聲音或引起另一個設備開啟或關閉等。
圖8是本發明另一個實施例，其表示傳感器450位於兩個垂直腔有機雷射器陣列190之間；每個垂直腔有機雷射器陣列190帶有定位器240，定位器用於保持垂直腔有機雷射器陣列190、傳感器450和激發光束光源230之間的間隔關係。如前討論，相同的符號表示相同的部件和操作。當陣列鬆散時，產生雷射輻射70，並雷射輻射撞擊到另一表面，另一表面將雷射輻射反射回垂直腔有機雷射器陣列190，可調諧到只對反射光線460的波長敏感的傳感器450探測反射光線460，並通過線470送出信號到存儲器和控制單元(未示出)。垂直腔有機雷射器陣列190可包括一個或多個垂直腔有機雷射器裝置10，其中該裝置發射與相鄰的垂直腔有機雷射器裝置10發射的光的波長不同的可見光波長。同樣的，位於垂直腔有機雷射器陣列190上的一個或多個傳感器450可調諧到探測不同的發射光的波長。如果多於一個垂直腔有機雷射器裝置10結合到垂直腔有機雷射器陣列190，並且發出相同的波長，他們變成鎖相，如前所述。但是，垂直腔有機雷射器裝置10不必發射相同的波長，但可設計成發射不同波長。
圖9a所示的垂直腔有機雷射器陣列190包括多個調諧到相同波長的垂直腔有機雷射器裝置10和傳感器450，當雷射輻射70從另一個面(未示出)反射回來時該傳感器調諧到探測雷射輻射70。傳感器450可位於垂直腔有機雷射器陣列190的中央，如圖9a所示，或垂直腔有機雷射器陣列190的其他地方。傳感器450可為光電倍增管、無機半導體光伏傳感器、有機半導體光伏傳感器、無機光電流傳感器或有機光電流傳感器。
圖9b所示的垂直腔有機雷射器陣列190包括垂直腔有機雷射器448和449，它們分別交替調諧到紅「R」和綠「G」波長，以產生綠-紅-旅行455接著紅-綠-R紅456。位於垂直腔有機雷射器陣列190中央的傳感器陣列457包括對紅光波長敏感的傳感區458，和對綠光波長敏感的傳感區459。傳感區458和459可為一個或上述不同類型傳感器的結合；對特定波長的敏感性也可由濾色片(未示出)控制。
圖10表示根據本發明的垂直腔有機雷射器裝置10和包括反射器部件490的定位器480。如前所述，相同的標號表示相同的部件和操作。反射器部件490固定反射元件500如MEMS裝置或Texas InstrumentDigital Micromirror DeviceTM，反射元件500可在箭頭510指示的方向彎曲。反射元件500偏轉從垂直腔有機雷射器裝置10發出的雷射輻射70。
參考圖11，定位器480通過連接器540保持垂直腔有機雷射器陣列190與外部激發光束光源530的間距關係，連接器540給外部激發光束光源530的外表面550提供了緊固附屬裝置。例如，外部激發光束光源530可為車頭燈。如圖3前述，相同的標號表示相同的部件和操作。密封墊圈560在連接器540和外部激發光束光源530的外表面之間生成密封，因此形成容器570以容納粘合劑580，如Dymax公司製造的OP29TM。粘合劑580起著光折射率匹配介質的作用。應當把垂直腔有機雷射器陣列190的襯底20的指數與外部激發光束光源530的指數相匹配，以不降低光傳輸特性。例如，如上所述，可把垂直腔有機雷射器陣列190結合到車頭燈600(圖11所示)，車頭燈600起著外部激發光束光源530的作用，以光線610的形式提供激發光束590。連接器540俘獲導向垂直腔有機雷射器陣列190的激發光束590。通過把垂直腔有機雷射器陣列190結合到車頭燈600中央，光線610的大部分不被連接器540俘獲並為汽車提供正常駕駛光。採用連接器540的垂直腔有機雷射器陣列190可附加到任何外部激發光束光源530如閃光燈、探照燈或燈具。
如圖12所示，在本發明的另一個實施例中，定位器480保持垂直腔有機雷射器陣列190與外部激發光束光源530和連接器540的間距關係。連接器540通過準直光學元件615給外部激發光束光源530的外表面550提供了緊固附屬裝置。如圖11前述，相同的標號表示相同的部件和操作。採用上述的粘合劑580，通過把準直光學元件615直接安裝到外部激發光束光源530上可完成連接。在此處所述的實施例中，粘合劑580直接施加在準直的光學元件615的底面618和外部激發光束光源530的外表面550之間。連接器540俘獲激發光束590並將其導向到垂直腔有機雷射器陣列190。
如圖13所示，在本發明的另一實施例中，定位器480使用分別裝配有調節器620a和620b，吸盤腳630a和630b的連接器540，以連接到外部激發光束光源530的外表面550。並且，定位器480將垂直腔有機雷射器陣列190與外部激發光束光源530保持在間隔位置。調節器620a和620b用於保持垂直腔有機雷射器陣列190與外部激發光束光源530間的間隔關係。調節器620a和620b是非常精細的螺紋螺釘，並且能夠在箭頭640a和640b所示的方向移動垂直腔有機雷射陣列190。連接器俘獲一部分光線440，並且將激發光束590導向至垂直腔有機雷射陣列190。
如圖14所示，在本發明的另一個實施例中，使用連接器540的定位器480直接附加到外部激發光束光源530的外表面550並保持垂直腔有機雷射器陣列190與激發光束光源530之間的間隔關係。連接器540安裝了分別具有上墊片660a、660b和下墊片660c和660d的螺杆650a和650b，其通過螺杆650a和650b和螺母670a和670b附加到外部激發光束光源530的外表面550。墊片660a、660b、660c和660d形成儲蓄器680，用於存放光學折射率匹配介質690，如CargilleTMRefractive Index Liquids，A系列(經鑑定的)，該物質匹配外表面550材料和垂直腔有機雷射器陣列19的襯底20的折射率。例如，在襯底20為玻璃和外表面550為玻璃的地方，適當的液體折射率為1.5到1.6。調節器620a和620b用於保持垂直腔有機雷射器陣列190與外部激發光束光源530的優選間隔關係。調節器620a和620b可為非常精細的螺紋螺釘並具有在由箭頭640a和640b方向移動垂直腔有機雷射器陣列190的能力。連接器540俘獲光線440的一部分並把激發光束590導向垂直腔有機雷射器陣列190。
圖15表示由定位器480定位的垂直腔有機雷射器陣列190和外部激發光束光源530的截面圖。在一個實施例中，定位器構架700保持外部激發光束光源530和垂直腔有機雷射器陣列190的間隔關係並容納光譜改進介質710。如前述13討論，相同的標號表示相同的部件和操作。光譜改進介質710可為特定類型的濾光片如Wratten98TM，該材料主要透射藍光。另外，光譜改改進介質710可具有中間密度(neutraldensity)並通過增加朝向垂直腔有機雷射器陣列190的激發光束590的數量改進雷射輻射70的強度。雷射輻射70的強度值根據光譜改進介質710的密度改進。圖15顯示的實施例表示垂直腔有機雷射器陣列190。應當明白定位器構架700也可容納如圖4a所示的單個垂直腔有機雷射器裝置10。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其中至少兩個垂直腔有機雷射器裝置以圖案(pattern)排列。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其中至少兩個垂直腔有機雷射器裝置輸出是一個特定的光波長。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其中至少兩個垂直腔有機雷射器裝置輸出是多個特定的光波長。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，還包括d)至少一個傳感器用於感測一個特定的光波長。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，還包括d)至少一個傳感器用於感測多個特定的光波長。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，還包括d)一個光學元件，其用於把光從外部激發光束光源導向至少兩個垂直腔有機雷射器裝置的每個。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其中具有一個特定光波長的至少兩個垂直腔有機雷射器裝置的輸出動態轉換到另一個特定光波長。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其中定位器包括連接器，以使得外部激發光束光源連接至少兩個垂直腔有機雷射器裝置。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其中連接器把外部激發光束光源固定連接到至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，同時提供包含光學折射率匹配介質的界面。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其中連接器把外部激發光束光源固定連接到至少兩個垂直腔有機雷射器裝置。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其中連接器具有粘合劑特性的光學折射率匹配介質。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其中連接器把外部激發光束光源固定連接到至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，同時提供用於包含光學折射率匹配介質的腔。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其中光學折射率匹配介質為不完全匹配。
垂直腔有機雷射器裝置，其中光學折射率匹配介質為不完全匹配。
垂直腔有機雷射器裝置，其中定位器包括光譜改進介質，以使得垂直腔有機雷射器裝置通過光譜改進介質調諧。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其中定位器包括光譜改進介質，以使得至少兩個垂直腔有機雷射器裝置通過光譜改進介質調諧。
垂直腔有機雷射器裝置，其中用於導光的光學元件包括光收集機構。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其中用於導光的光學元件包括光收集機構。
垂直腔有機雷射器裝置，其中垂直腔有機雷射器裝置是反向的，使得垂直腔有機雷射器裝置通過頂部電介質堆光學激發，並且雷射從底部電介質堆反射並透過頂部電介質堆發射。
垂直腔有機雷射器裝置，其中傳感器是光電倍增管。
垂直腔有機雷射器裝置，其中傳感器是無機半導體光伏傳感器。
垂直腔有機雷射器裝置，其中傳感器是有機半導體光伏傳感器。
垂直腔有機雷射器裝置，其中傳感器是無機光電流傳感器。
垂直腔有機雷射器裝置，其中傳感器是有機光電流傳感器。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其中至少一個傳感器是光電倍增管。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其特徵在於至少一個傳感器是無機半導體光伏傳感器。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其特徵在於至少一個傳感器是有機半導體光伏傳感器。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其特徵在於至少一個傳感器是無機光電流傳感器。
至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，其特徵在於至少一個傳感器是有機光電流傳感器。
一種用於把激發光束導向至少一個垂直腔有機雷射器裝置的方法；方法包括步驟在外部激發光束光源和至少一個垂直腔有機雷射器裝置之間選擇間隔關係；和定位外部激發光束光源和至少一個垂直腔有機雷射器裝置，以使得光線從外部激發光束光源導向至少一個垂直腔有機雷射器裝置。
一種用於把激發光束導向至少一個垂直腔有機雷射器裝置的方法，其中，定位外部激發光束光源和至少一個垂直腔有機雷射器裝置包括把外部激發光束光源固定連接到至少一個垂直腔有機雷射器裝置。
一種用於把激發光束導向至少一個垂直腔有機雷射器裝置的方法，其中，定位外部激發光束光源和至少一個垂直腔有機雷射器裝置包括把外部激發光束光源偏轉到至少一個垂直腔有機雷射器裝置。
一種用於改進從垂直腔有機雷射器裝置發出的雷射的方法，包括步驟轉換雷射波長。
一種用於改進從垂直腔有機雷射器裝置發出的雷射的方法，包括步驟調製雷射強度。
權利要求
1一種垂直腔有機雷射器裝置，包括a)有機雷射腔，其包括a1)底部電介質堆，其用於接收和傳輸激發光束並反射在預定波長範圍內的雷射；a2)有機活性區，其用於接收從第一電介質堆傳輸的激發光束並用於發射所述雷射；和a3)頂部電介質堆，其用於將自所述有機活性區傳輸的激發光束和所述雷射反射回所述有機活性區，其中所述底部電介質堆和頂部電介質堆以及所述有機活性區的結合產生雷射；b)外部激發光束光源，其用於光學激發光到有機雷射腔；和c)定位器，其用於定位所述有機雷射腔與所述外部激發光束光源的間隔關係。
2.根據權利要求1的垂直腔有機雷射器裝置，其特徵在於所述垂直腔有機雷射器裝置的輸出是光的一個特定波長。
3.根據權利要求2的垂直腔有機雷射器裝置，其特徵在於所述裝置還包括d)傳感器，其用於感測光的所述特定波長。
4.根據權利要求1的垂直腔有機雷射器裝置，其特徵在於所述裝置還包括d)光學元件，其用於把所述外部激發光束光源的光導向所述有機雷射腔。
5.根據權利要求1的垂直腔有機雷射器裝置，其特徵在於具有光的一個特定波長的所述垂直腔有機雷射器裝置的所述輸出動態轉換到光的另一個特定波長。
6.根據權利要求1的垂直腔有機雷射器裝置，其特徵在於所述定位器包括連接器，以使得所述外部激發光束光源連接到所述有機雷射腔。
7.根據權利要求6的垂直腔有機雷射器裝置，其特徵在於所述連接器把所述外部激發光束光源固定連接到所述有機雷射腔，同時提供包含光學折射率匹配介質的界面。
8.根據權利要求6的垂直腔有機雷射器裝置，其特徵在於所述連接器把所述外部激發光束光源固定連接到所述有機雷射腔。
9.根據權利要求7的垂直腔有機雷射器裝置，其特徵在於所述連接器具有粘合劑特性的光學折射率匹配介質。
10.根據權利要求6的垂直腔有機雷射器裝置，其特徵在於所述連接器把所述外部激發光束光源固定連接到所述有機雷射控，同時提供用於包含光學折射率匹配介質的容器。
11.至少兩個垂直腔有機雷射器裝置，所述裝置包括a)用於至少兩個垂直腔有機雷射器裝置的每一個的有機雷射腔包括a1)底部電介質堆，其用於對至少兩個垂直腔有機雷射器裝置的每一個接收和傳輸激發光束和反射在預定波長範圍內的雷射a2)有機活性區，其用於接收自至少兩個垂直腔有機雷射器裝置的每一個的所述底部電介質堆傳輸的激發光束，並用於發射所述雷射；和a3)頂部電介質堆，其用於將自所述有機活性區傳輸的激發光束和雷射反射回所述有機活性區，其中對於至少兩個垂直腔有機雷射器裝置的每一個，所述底部電介質堆和所述頂部電介質堆以及所述有機活性區的結合產生雷射；b)外部激發光束光源，其用於光學激發光到至少兩個垂直腔有機雷射器裝置的每一個；和c)定位器，其用於定位至少兩個垂直腔有機雷射器裝置的每一個與所述外部激發光束光源的間隔關係。
全文摘要
一種垂直腔有機雷射器裝置，裝置包括有機雷射腔，其包括底部電介質堆，用於接收和傳輸激發光束和在預定波長範圍內折射有機活性區，用於接收來自第一電解質層的傳輸的激發光束並用於發射雷射；頂部電介質堆，用於反射從有機活性區回到有機活性區的傳輸的激發光束和雷射，其特徵在於底部電介質堆和頂層以及有機活性區的結合產生雷射；裝置還包括外部激發光束光源，用於光學激發光到有機雷射腔；和定位器，用於定位有機雷射腔與外部激發光束光源的間隔關係。
文檔編號H01S5/16GK1497801SQ200310101938
公開日2004年5月19日 申請日期2003年10月15日 優先權日2003年10月15日
發明者D·L·巴頓, J·A·馬尼科, E·科瓦南, J·P·斯龐豪威爾, D L 巴頓, 唚, 斯龐豪威爾, 馬尼科 申請人:伊斯曼柯達公司