稜鏡式垂直腔面發射雷射器的製作方法

2023-11-10 02:14:22 3

專利名稱：稜鏡式垂直腔面發射雷射器的製作方法
技術領域：
本發明是一種用稜鏡和多層介質膜分離輸出光束的垂直腔面發射雷射器，屬於雷射器件製造的技術領域。
背景技術：
隨著有機/聚合物材料發光性質研究的深入，科學家們開始研究有機/聚合物材料以實現激射。這種有機/聚合物材料雷射被形象地稱為「塑料雷射」。
與傳統雷射器相比，有機/聚合物雷射器具有諸多優點●聚合物雷射器的發射波長可以通過分子設計進行調節，其調諧範圍覆蓋了紫外到紅外區；●受激發射截面大，激射閾值低；●既可以製備在剛性襯底上，又可以製作在大面積柔性材料上；●聚合物薄膜的雷射發射可以滿足軍用器件小型化、集成化的要求；●製造方便、設備簡單、成本低廉；●不但可以實現線光束激射，還可以實現面光束。
以有機/聚合物為工作物質的雷射器的出現，不僅向傳統雷射理論提出了新的挑戰，而且在現代顯示技術和集成光學領域展現出巨大的應用潛力。
平面光學微腔是在垂直腔面的一維方向上尺寸為光波長大小的Fabry-Perot諧振腔。根據Fermi’s黃金定則可知，微腔效應是腔內光子態密度(模式密度)重新分布的結果。近年來，由於光學微腔在量子電動力學基本物理的研究以及開發新型光電子器件等方面的重要意義，各種發光材料包括無機半導體、有機染料、聚合物等在微腔中的發射性質的研究一直受到人們的重視，特別是由有機材料製成的平面微腔更引人注目。有機發光材料一般具有很寬的發光譜帶，譜線的半高寬約100nm。而採用微腔結構可以很好地控制其自發輻射性質，獲得單色性很好的發光。由於微腔效應，發光材料在諧振波長處的自發輻射得到增強，非諧振波長處的自發輻射受到抑制。在微腔中，發光材料的自發輻射速率和發射光譜都將發生變化，在滿足雷射的閾值條件下就可能獲得雷射輸出。
現有的有機薄膜垂直腔面發射雷射器通常採用三明治式結構，即包括一個反射超過預定波長範圍的光的底部電介質堆；一個有機激活區；一個與底部電介質堆分隔開並能夠反射超過預定波長範圍的光的頂部電介質堆。有時頂部電介質堆可用金屬膜代替，但由於金屬薄膜作為一種吸收介質，其反射率難以提高，因此由其所構造的光學微腔不易獲得很高的品質因子(Q)。
普通的三明治式結構雖然也能在垂直腔中形成雷射振蕩，但輸入泵浦光與輸出光位於微腔同側時，兩者夾角很小，給輸出光的探測和使用帶來困難。輸入泵浦光與輸出光位於微腔兩側時，垂直微腔的效率較低，反射層的製作比較複雜，參數難以控制。

發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種稜鏡式垂直腔面發射雷射器，該雷射器結構簡單，製作方便，能有效地將入射泵浦光與輸出光分開，且能獲得高效的垂直微腔。
技術方案；本發明的稜鏡式垂直腔面發射雷射器該雷射器包括高反射介質膜、有機增益膜、第一帶通介質膜、石英直角稜鏡、第二帶通介質膜，其中石英直角稜鏡的一個垂直面從表面至外依次設有對輸入泵浦光波長λ1增透、對輸出光波長λ2高反射的第一帶通介質膜、對輸出光波長λ2有光放大效應的有機增益膜、對輸出光波長λ2近似全反的高反射介質膜；石英直角稜鏡的斜面上設有對輸出光波長λ2增透、對輸入光波長λ1高反射的第二帶通介質膜。所述的石英直角稜鏡為45°的直角稜鏡。高反射介質膜為對輸出光波長λ2反射率＞90％的介質膜。在垂直結構微腔中引入稜鏡將入射光和輸出光有效地分開。
工作原理及過程輸入泵浦光從沒有膜的一垂直面垂直入射，在斜面上反射後、垂直入射到有膜的垂直面上，透過第一帶通介質膜進入增益膜區，並在高反射介質膜和第一帶通介質膜形成的微腔內來回振蕩，激勵出輸出光，部分輸出光可透過第一帶通介質膜進入稜鏡、入射到石英直角稜鏡的斜面上，並透過第二帶通介質膜獲得雷射輸出。
有益效果1.輸入泵浦光直接垂直入射進增益膜，可獲得最大的增益長度。
2.輸入泵浦光和輸出光被有效地分開，沒有互相干擾的現象。
3.石英稜鏡的熱膨脹係數小，外界溫溼度對器件的影響較小。
4.結構簡單，加工方便，成本低。


圖1是本發明的結構示意圖，其中有高反射介質膜1，有機增益膜2，第一帶通介質膜3，石英直角稜鏡4，第二帶通介質膜5，輸入泵浦雷射束Eλ1，輸出雷射束Eλ2。
具體實施例方式
本發明的稜鏡式垂直腔面發射雷射器包括一個45°的石英直角稜鏡4，稜鏡的一個垂直面從表面至外依次是對輸入泵浦光波長λ1增透、對輸出光波長λ2高反射的第一帶通介質膜3，對輸出光波長λ2有光放大效應的有機增益膜2，對輸出光波長λ2近似全反射的高反射介質膜1；稜鏡的斜面上是對輸出光波長λ2增透、對輸入光波長λ1高反射的第二帶通介質膜5。
高反射介質膜1採用熱蒸鍍金屬材料(如銀)或電子濺射交替生成高、低折射率的多層介質膜(如TiO2和SiO2，TiO2折射率為2.0，SiO2折射率為1.46)製得；有機增益膜2採用熱蒸鍍有機染料(如若丹明6G)製得；第一帶通介質膜3採用電子濺射TiO2和SiO2製得，通過改變膜系的光學厚度和層數可獲得所需的反射特性；石英直角稜鏡4採用石英晶體，第二帶通介質膜5採用電子濺射TiO2和SiO2製得，通過改變膜系的光學厚度和層數可獲得所需的反射特性；其製造方法為在一45°的直角稜鏡的一直角面上先用電子束濺射的方法鍍上對輸入泵浦光波長λ1增透、對輸出光波長λ2高反射的第一帶通介質膜3，再在上面用真空熱蒸發的方法沉積有機增益膜2，然後在有機增益膜2上用真空熱蒸發的方法沉積金屬膜或用電子束濺射的方法鍍上高反射介質膜1。在該石英直角稜鏡4的斜面上用電子束濺射法鍍上對輸出光波長λ2增透、對輸入光波長λ1高反射的第二帶通介質膜5。製成本發明。
權利要求
1.一種稜鏡式垂直腔面發射雷射器，其特徵在於該雷射器包括高反射介質膜(1)、有機增益膜(2)、第一帶通介質膜(3)、石英直角稜鏡(4)、第二帶通介質膜(5)，其中石英直角稜鏡(4)的一個垂直面從表面至外依次設有對輸入泵浦光波長λ1增透、對輸出光波長λ2高反射的第一帶通介質膜(3)、對輸出光波長λ2有光放大效應的有機增益膜(2)、對輸出光波長λ2近似全反的高反射介質膜(1)；石英直角稜鏡(4)的斜面上設有對輸出光波長λ2增透、對輸入光波長λ1高反射的第二帶通介質膜(5)。
2.根據權利要求1所述的稜鏡式垂直腔面發射雷射器，其特徵在於所述的石英直角稜鏡(4)為45°的直角稜鏡。
3.根據權利要求1所述的稜鏡式垂直腔面發射雷射器，其特徵在於高反射介質膜(1)為對輸出光波長λ2反射率＞90％的介質膜。
全文摘要
稜鏡式垂直腔面發射雷射器是一種用稜鏡和多層介質膜分離輸出光束的垂直腔面發射雷射器，該雷射器包括高反射介質膜(1)、有機增益膜(2)、第一帶通介質膜(3)、石英直角稜鏡(4)、第二帶通介質膜(5)，其中石英直角稜鏡(4)的一個垂直面從表面至外依次設有對輸入泵浦光波長λ
文檔編號H01S5/183GK101026286SQ20071002113
公開日2007年8月29日 申請日期2007年3月30日 優先權日2007年3月30日
發明者葉莉華, 崔一平, 李麗, 龐叔鳴, 鍾嫄 申請人:東南大學