專利名稱：可連接外部激發(fā)光束光源的有機激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及有機激光器領(lǐng)域，并尤其涉及垂直腔有機激光器(vertical cavity organic laser)，此處也稱為有機激光腔裝置(organic lasercavity)。更具體地說，本發(fā)明涉及相對于外部激發(fā)光束光源的間隔關(guān)系定位有機激光腔裝置。
背景技術(shù)：
自80年代中期以來已經(jīng)開發(fā)研制出了基于無機半導(dǎo)體(如AlGaAs)的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)(S.Kinoshita等，IEEEJournal of Quantum Electronics，Vol.QE-23，No.6，June 1987)。它們達(dá)到了這樣一點，即由多個公司制造的發(fā)射850nm的基于AlGaAs的VCSEL，并且壽命在100年以上(K.D.Choquette等，Proceeding of theIEEE，Vol.85，No.11，November 1997)。隨著這些近紅外激光器的成功，近年來的注意力已經(jīng)轉(zhuǎn)向其它的無機材料系統(tǒng)以生產(chǎn)可發(fā)射可見光波長范圍的VCSEL(C.Wilmsen等，Vertical-cavity Surface-Emitting Lasers，Cambridge University Press，Cambridge，2001)?？梢姽饧す馄饔泻芏酀撛诘挠猛?，如顯示器，光學(xué)存儲讀取和寫入、激光打印和采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。盡管有很多工廠和大學(xué)實驗室的廣泛努力，但仍有很多工作要做以創(chuàng)建能生成橫跨可見光譜的光輸出的可行的激光二極管(邊緣發(fā)射器或VCSELs)。
在制造可見波長VCSEL的嘗試中，放棄基于無機的系統(tǒng)并著重于基于有機的激光器系統(tǒng)是很有利的；因為基于無機的增益材料比基于無機的增益材料在可見光譜上可以擁有很多的優(yōu)點。例如，典型的基于有機的增益材料具有較低的非激發(fā)散射(unpumped scattering)/吸收損耗和高量子效率的特性。與無機激光器系統(tǒng)相比，有機激光器的制造不很昂貴，可以在整個可見光范圍內(nèi)發(fā)射，可以做成任意大小的比例，并且最重要的是能夠從單個芯片發(fā)射多種波長(如紅、綠和蘭)。在過去的幾年里，人們對制造基于有機固態(tài)激光器的興趣增大。激光增益材料既可以是聚合和也可以是小分子材料，并且采用多種不同的諧振腔結(jié)構(gòu)，如微型腔(見Kozlov等2000年12月12日發(fā)表的美國專利US6160828)、波導(dǎo)、環(huán)形微型激光器和分布式反饋激光器(例如，見G.Kranzelbinder等Rep.Prog.Phys.63，2000和Diaz-Garcia等1999年3月9日發(fā)布的美國專利US5,881,083)。所有這些結(jié)構(gòu)的問題在于要實現(xiàn)其激光作用，需要通過利用另一個激光源的光學(xué)激發(fā)(optical pump)來激勵諧振腔。優(yōu)選電激發(fā)激光諧振腔，因為一般這樣導(dǎo)致更緊湊和更易于調(diào)制的結(jié)構(gòu)。
對實現(xiàn)電激發(fā)有機激光器的一個主要障礙是有機材料較小的載流子遷移率，該值主要處于10-5cm2/(V-s)的量級。這種較低的載流子遷移率導(dǎo)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(fā)熱(ohnic heating)。這些薄層導(dǎo)致穿透有耗陰極和陽極的激光模式，這造成激光閾值的較大提高(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-空穴的復(fù)合(electron-hole recombinantion)由Langevin復(fù)合(其復(fù)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(dǎo)致具有比單激發(fā)(singlet excition)更多的電荷載流子的大小量級；這樣的一個后果是電荷感應(yīng)的(極化子)吸收可以成為一個嚴(yán)重的損耗機理(N.Tessler等，Applied PhysicsLetters，Vol.74，No.19，May 10，1999)。假設(shè)激光器裝置具有5％的內(nèi)量子效率，利用迄今報道的最低激光閾值～100W/cm2(M.Berggren等，LetterTo Nature，Vol.389，October 2，1997)，并且忽略上述損耗機理，將把下限置于1000A/cm2的電激發(fā)激光閾值。包括這些損耗機理在內(nèi)將激光閾值置于1000A/cm2以上，該數(shù)據(jù)是迄今報道的最高電流密度，其可以由有機器件支持(N.Tessler，Advanced Materials，1998，10，No.1)。
有機激光器電激發(fā)的另一種方法是通過非相干光源、如發(fā)光二極管(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(xué)激發(fā)。這種可能是非激發(fā)有機激光器系統(tǒng)的結(jié)果，該系統(tǒng)在激光波長大大減少的合并散射(combined scattering)和吸收損耗(～0.5cm-1)，尤其當(dāng)采用賓主組合物(host-dopant combination)作為活性介質(zhì)時更是如此。甚至利用這種小損耗的優(yōu)點，根據(jù)波導(dǎo)激光器設(shè)計，迄今報道的有機激光器最小光學(xué)激發(fā)閾值是100W/cm2(M.Berggren等，Nature 389，October2，1997)。因為現(xiàn)成的無機LED只可以提供高達(dá)～20W/cm2的功率密度，所以需要采取不同的方式以能夠由非相干光源光學(xué)激發(fā)。另外，為了降低激光閾值，需要選擇將增益量減為最小的激光器結(jié)構(gòu)；基于VCSEL的有機微諧振腔激光器滿足該標(biāo)準(zhǔn)。利用基于VCSEL的有機激光腔將能夠獲得光學(xué)激發(fā)5W/cm2以下的功率密度閾值。其結(jié)果是實際的有機激光設(shè)備可通過以各種易于得到的、非相干光源、如LED光學(xué)激發(fā)而被驅(qū)動。
LED作為光學(xué)激發(fā)裝置的上述使用的缺點是LED與有機腔激光器結(jié)合在一起作為集合部分。因此，很難完成LED對準(zhǔn)并且如果對準(zhǔn)不正確的話，不容易改變。
所需要的是一種連接和動態(tài)對準(zhǔn)有機諧振腔激光器到非相干光源的方便方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供垂直腔有機激光裝置以克服一個或多個問題，本發(fā)明包括有機激光腔，其包括一個底部電介質(zhì)堆(bottom dielectricstack)，其用于接收并傳遞激發(fā)光束，并在預(yù)定的波長范圍內(nèi)反射激光束；一個有機活性區(qū)(organic active region)，其用于接收來自第一電介質(zhì)堆的傳遞的激發(fā)光束并發(fā)射激光；和一個頂部電介質(zhì)堆，其用于將透射的激發(fā)光束和來自有機活性區(qū)的激光反射回到有機活性區(qū)，其特征在于底部和頂部電介質(zhì)堆以及有機活性區(qū)的組合輸出激光；裝置進一步包括外部激發(fā)光束光源以光學(xué)激發(fā)光到有機激光諧振腔；和一個定位器，其用于確定有機激光諧振腔和外部激發(fā)光束光源的間隔關(guān)系。
本發(fā)明的另一個實施例提供了一種用于把激發(fā)光束引導(dǎo)到至少一個垂直諧振腔有機激光裝置的方法；方法包括步驟選擇外部激發(fā)光束光源和至少一個垂直諧振腔有機激光裝置之間的間隔關(guān)系；并且定位外部激發(fā)光束光源和至少一個垂直諧振腔有機激光裝置，以使得光射線由外部激發(fā)光束光源導(dǎo)向至少一個垂直諧振腔有機激光裝置。
有機激光諧振腔裝置的一個優(yōu)點是其有低激光閾值，其使得在選取激發(fā)光源和在激發(fā)光源及有機激光諧振腔裝置的間隔關(guān)系方面有較大的靈活性。第二個優(yōu)點是本發(fā)明提供了一種連接和動態(tài)對準(zhǔn)有機諧振腔激光裝置到非相干光源的方便方法。


通過下面結(jié)合說明和附圖，本發(fā)明的上述及其它目的、特點和優(yōu)點將變得更加清晰，其中用相同的標(biāo)號表示附圖中公共的相同特征，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明制造的垂直腔有機激光器的截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明制造的垂直腔有機激光器的另一實施例截面圖；圖3是鎖相有機激光陣列的截面圖；圖4a是根據(jù)本發(fā)明制造的帶有定位器的垂直腔有機激光裝置的截面圖；圖4b是根據(jù)本發(fā)明制造的具有第二諧波頻率發(fā)生器的的垂直腔有機激光裝置的截面圖；圖4c是根據(jù)本發(fā)明制造的帶有和或差頻率發(fā)生器的的垂直腔有機激光裝置的截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明制造的垂直腔有機激光裝置和定位器另一個實施例的截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明制造的垂直腔有機激光器陣列和定位器的垂直截面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明制造的垂直腔有機激光器陣列、定位器和傳感器的截面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明制造的垂直腔有機激光器陣列、定位器和傳感器另一個實施例的截面圖；圖9a是根據(jù)本發(fā)明制造的垂直腔有機激光器陣列和傳感器的頂視圖；圖9b是根據(jù)本發(fā)明制造的圖9a另一個實施例的頂視圖；
圖10是根據(jù)本發(fā)明制造的垂直腔有機激光器、定位器和反射器的截面圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明制造的垂直腔有機激光器通過連接器連接到外部激發(fā)光束光源的示意圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明制造的另一個實施例的示意圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明制造的另一個實施例的示意圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明制造的另一個實施例的示意圖；和圖15是根據(jù)本發(fā)明制造的具有定位器和光譜改進介質(zhì)的垂直腔有機激光器的截面圖。
為了便于理解，采用相同的標(biāo)號表示各附圖中共有的相同元件。
具體實施例方式
在本發(fā)明中，描述垂直腔有機激光器裝置(VCSELs)的專有名詞可與簡稱“有機激光器諧振腔裝置”互換。有機激光器諧振腔結(jié)構(gòu)制成較大區(qū)域的結(jié)構(gòu)和由發(fā)光二極管(LEDs)光學(xué)激發(fā)。
圖1中示出了垂直腔有機激光裝置10的簡圖。襯底20既可以是透明的也可以是不透明的，這取決于光激發(fā)和激光發(fā)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(lán)寶石。或者，可以將包括但不限于半導(dǎo)體材料(如硅)或陶瓷材料的不透明襯底用于光激發(fā)和發(fā)射通過同一平面發(fā)生的情形。在襯底上沉積一個底部電介質(zhì)堆30，之后再沉積一個有機活性區(qū)40。然后沉積一個頂部頂部電介質(zhì)堆50。激發(fā)光束60光學(xué)激發(fā)垂直腔有機激光裝置10。激發(fā)光束60的光源可為非相干，如從發(fā)光二極管(LED)發(fā)射的光?；蛘?，激發(fā)光束60可以從相干激光源發(fā)出。示圖表示從頂部頂部電介質(zhì)堆50發(fā)射的激光70?；蛘?，激光裝置可以通過適當(dāng)設(shè)計電介質(zhì)層的反射率由透過襯底20的激光發(fā)射穿過頂部頂部電介質(zhì)堆50而光學(xué)激發(fā)。在不透明襯底如硅的情況下，穿過頂部頂部電介質(zhì)堆50時發(fā)生光學(xué)激發(fā)和激光發(fā)射。
有機活性區(qū)40的優(yōu)選材料是一種分子量有機賓主結(jié)合物(host-dopant combination)，典型地是通過高真空熱蒸發(fā)沉積。這些賓主結(jié)合物具有優(yōu)點，因為它們對增益介質(zhì)產(chǎn)生極小的非激發(fā)散射/吸收損耗。優(yōu)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(yōu)選地選擇本發(fā)明中的主材(host material)的以使得其對激發(fā)光束60有充分地吸收并能夠通過Frster能量轉(zhuǎn)移將大部分激勵能量傳遞給賓材(dopant material)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員很熟悉Frster能量轉(zhuǎn)移的原理，它包括在賓主分子之間無輻射的能量轉(zhuǎn)移。用于發(fā)射紅光的激光器的一個有用的賓主結(jié)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?jǐn)?shù))。其它的賓主結(jié)合物可以用于其它的波長發(fā)射。例如，在綠色波段，有用的化合物是Alq作為主材，[10-(2-苯并噻唑基)-2，3，6，7-四氫-1，1，7，7-四甲基-1H，5H，11H-[1]苯并吡喃[6，7，8-ij]喹嗪-11-酮](C545T)作為賓材(以0.5％的體積分?jǐn)?shù))。其它的有機增益區(qū)材料可以是聚合物，如Wolk等人在2001年2月27日發(fā)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(qū)40的目的是接收透射的激發(fā)光束60和發(fā)射激光。
優(yōu)選地通過常規(guī)的電子束沉積分別沉積底部底部電介質(zhì)堆30和頂部頂部電介質(zhì)堆50，并且這兩層可以包括交替的高指數(shù)材料和低指數(shù)的電介質(zhì)材料，如TiO2和SiO2。也可以使用其它材料，如用于高指數(shù)層的Ta2O5。底部底部電介質(zhì)堆30在大約240℃的溫度下沉積。在頂部電介質(zhì)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(fā)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(zhì)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(fā)光束60和激光發(fā)射70都將穿過該襯底20。根據(jù)激光垂直腔10的理想發(fā)射波長，底部電介質(zhì)堆30和頂部電介質(zhì)堆50均在預(yù)定的波長范圍內(nèi)反射激光。
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)的激光發(fā)射臨界點。此低閾值能夠使非相干光源用于激發(fā)，代替其它激光系統(tǒng)中常規(guī)使用的激光二極管的聚焦輸出。激發(fā)源的一個例子是UV LED，或是UV LED陣列，如來自Cree(具體地說是XBRIGHT900Ultraviolet Power ChipLED)。這些光源發(fā)射中心接近405nm波長的光，并且認(rèn)為在芯片中產(chǎn)生20W/cm2量級的功率密度。因而，即使考慮到由于器件封裝以及LED的擴展角發(fā)射輪廓而對利用率的限制，LED的亮度也足以以高于激光發(fā)射閾值以上多倍的水平激發(fā)激光腔。
激光器的效率利用圖2所示的對垂直腔有機激光器80的活性區(qū)設(shè)計而得到進一步的提高。有機活性區(qū)40包括一個或多個周期增益區(qū)100和設(shè)置在周期性活性區(qū)100任一側(cè)上的有機間隔層110，該層布置成使周期性增益區(qū)與裝置的駐波電磁場120的波腹103對齊。此情形示于圖2，圖中簡要繪制了有機活性區(qū)40中激光器駐波的電磁場圖案120。因為受激發(fā)射在波腹103處最高，并且在電磁場的節(jié)點105處可以忽略，所以形成圖2所示的活性區(qū)40有一個固有的優(yōu)點。有機間隔層110不經(jīng)歷這種受激或自發(fā)輻射，并且很大可能地既不吸收激光發(fā)射70、也不吸收激發(fā)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(huán)己烷(TAPC)。TAPC可以很好地用作間隔材料，因為它不大吸收激光發(fā)射或激發(fā)光束60的能量，并且它的折射率稍低于大部分有機主材的折射率。這種折射率的差異是很有用的，因為它有助于使電磁場的波腹112與周期性增益區(qū)100的重疊最大化。如參考本發(fā)明以下將要所述的，用周期性增益區(qū)100代替體增益區(qū)以產(chǎn)生更高的功率轉(zhuǎn)換效率以及顯著減少不必要的自發(fā)輻射。周期性增益區(qū)100的位置通過利用光學(xué)元件的標(biāo)準(zhǔn)矩陣法決定(S.Corzine等，IEEE Journal of QuantumElectronics，Vol.25，No.6，June 1989)。為了達(dá)到好的結(jié)果，需要周期性增益區(qū)100的厚度等于或低于50nm以避免不必要的自發(fā)輻射。
此激光器可以增大面積的同時利用圖3所示的鎖相有機激光器陣列190維持空間相干程度。為了形成二維鎖相激光器陣列190，需要把被象素間區(qū)域210分開的有機激光諧振腔裝置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激光諧振腔裝置200之間交換。這最好通過利用少量的固有折射率或增益導(dǎo)向、如通過調(diào)制其中一個反射鏡的反射率把激光發(fā)射微弱地限定在象素區(qū)而獲得。在一個實施例中，反射率調(diào)制通過利用標(biāo)準(zhǔn)光刻和蝕刻技術(shù)在底部電介質(zhì)堆30中形成并圖案化蝕刻區(qū)220而進行，由此在底部電介質(zhì)堆30的表面上形成一個圓柱211的二維陣列。有機激光器微諧振腔結(jié)構(gòu)的其余部分沉積在如上所述的圖案化的底部電介質(zhì)堆30上。在一個實施例中，激光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(qū)域210處于0.25-4μm的范圍。對于較大像素間的區(qū)域210，也可發(fā)生鎖項操作；但它導(dǎo)致光激發(fā)能量的不充分利用。蝕刻深度優(yōu)選為200-1000nm以形成蝕刻區(qū)220。通過在底部電介質(zhì)堆30中正好蝕刻奇數(shù)層，可以在遠(yuǎn)離增益介質(zhì)峰值的蝕刻區(qū)中實現(xiàn)縱模波長的顯著平移。因此，產(chǎn)生激光的作用受到抑制并且在象素間區(qū)域210中自發(fā)輻射顯著減少。形成蝕刻區(qū)220的最終結(jié)果在于激光發(fā)射被微弱地限制在有機激光諧振腔裝置200，沒有激光從象素間區(qū)域210發(fā)出，并且由陣列190發(fā)射相干鎖相激光。
有機VCSEL裝置(以下也稱作有機激光諧振腔裝置并且可交替使用)的其它優(yōu)點在于它們可以很容易地制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，并由單個的激發(fā)源(如LED或LED組)激發(fā)。依據(jù)應(yīng)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(jié)合和/或多個諧振腔設(shè)計，以使得可以由單個陣列產(chǎn)生多種波長。
圖4a表示垂直腔有機激光裝置10和由定位器240保持位置的激發(fā)光束光源230的截面圖。定位器240包括構(gòu)架250，其用以保持激發(fā)光束光源230與垂直腔有機激光裝置10保持間隔關(guān)系。垂直腔有機激光裝置10和激發(fā)光束光源230的優(yōu)選間隔關(guān)系由調(diào)節(jié)器260a和260b保持。調(diào)節(jié)器260a和260b可為壓片(pieze chip)或非常精細(xì)的螺紋螺釘，并具有在由箭頭270a和270b方向移動垂直腔有機激光裝置10的能力。定位器240還包括激發(fā)光束光源錐體280，其定向光線300從激發(fā)光束光源230射向垂直腔有機激光裝置10，和激發(fā)光束光源夾持器290。(激發(fā)光束光源錐體280通常為光收集機構(gòu)，可為反射器)。在圖4a所示的本實施例中，激發(fā)光束光源230為CREE MegaBrightTM發(fā)光二極管(LED)。
垂直腔有機激光裝置10的一個優(yōu)點是可以指定垂直腔有機激光裝置10發(fā)射非常窄的波長λ1。其優(yōu)點是能夠?qū)⒋怪鼻挥袡C激光裝置10的輸出從一個特定的波長λ1動態(tài)轉(zhuǎn)換為特定的波長λ2。
現(xiàn)在參見圖4b，用于垂直腔有機激光裝置10的動態(tài)轉(zhuǎn)換輸出的一項技術(shù)為非線性混頻，例如二次諧波的產(chǎn)生。從第一垂直腔有機激光裝置10輸出的輻射λ1導(dǎo)向到二次諧波頻率發(fā)生器305。二次諧波頻率發(fā)生器305包括材料如鈮酸鋰(LiNbO3)。二次諧波頻率發(fā)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(tài)轉(zhuǎn)換垂直腔有機激光器裝置10輸出的另一項技術(shù)。從垂直腔有機激光器裝置10輸出的輻射λ1導(dǎo)向到和或差頻發(fā)生器308，同時從第二垂直腔有機激光器裝置315輸出的輻射λ2也導(dǎo)向到和或差頻發(fā)生器308。和或差頻發(fā)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(fā)生器308包括材料如鈮酸鋰(LiNbO3)。
圖5是根據(jù)本發(fā)明制造的垂直腔有機激光器裝置10和激發(fā)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(biāo)號表示相同的部件和操作。在所示的實施例中，通過垂直腔有機激光器裝置10的光路被反轉(zhuǎn)，因此垂直腔有機激光器裝置10通過頂部電介質(zhì)堆50被光學(xué)光束，同時激光輻射從底部電介質(zhì)堆30和襯底20反射。在該另一個實施例中，底部電介質(zhì)堆30同時反射激發(fā)光束光線300和激光輻射70。根據(jù)垂直腔有機激光器裝置10的理想輻射波長，底部電介質(zhì)堆30和頂部電介質(zhì)堆50在預(yù)定的波長范圍內(nèi)反射激光。頂部電介質(zhì)堆50優(yōu)選應(yīng)當(dāng)透射激發(fā)光束波長。定位器310包括構(gòu)架320，其用以保持激發(fā)光束光源230與垂直腔有機激光器裝置10的間隔關(guān)系。垂直腔有機激光器裝置10與激發(fā)光束光源230的間隔關(guān)系優(yōu)選通過使用調(diào)節(jié)器260a和260b來維持。調(diào)節(jié)器260a和260b可為壓片或非常精細(xì)的螺紋螺釘，并具有在由箭頭270a和270b方向移動垂直腔有機激光裝置10的能力。定位器310還包括激發(fā)光束光源錐體330，其引導(dǎo)光線300從激發(fā)光束光源230射向垂直腔有機激光裝置10并允許激光輻射70通過。激發(fā)光束光源錐體330引導(dǎo)激發(fā)光束光線300射向垂直腔有機激光裝置10，同時允許激光輻射70通過。激發(fā)光柱光源錐體330可包括濾光片材料，該材料反射激發(fā)光束波長并透過激光輻射70。這樣的濾光片通常由多層介電材料沉積。本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知此類濾光片的可獲得性。定位器310還包括激發(fā)光束光源夾持器340。
圖6是由定位器360保持垂直腔有機激光器陣列190與外部激發(fā)光束光源350間隔關(guān)系的截面圖。定位器360包括構(gòu)架370，構(gòu)架用以固定外部激發(fā)光束光源350、反射器380和準(zhǔn)直鏡片390。垂直腔有機激光器陣列190與外部激發(fā)光束光源350的最佳間隔關(guān)系通過使用調(diào)節(jié)器400a和400b以及調(diào)節(jié)器410a和410b來維持。調(diào)節(jié)器400a和400b以及調(diào)節(jié)器410a和410b可為非常精細(xì)的螺紋螺釘，并具有在由箭頭420a、420b和430a、430b方向移動垂直腔有機激光器陣列190的能力。定位器360使用反射器380和光收集機構(gòu)435以把光線440從外部激發(fā)光束光源350通過準(zhǔn)直鏡片390導(dǎo)向到垂直腔有機激光器陣列190。在實施例中所示，外部激發(fā)光束光源350可為任何非相干光源。另外，外部激發(fā)光束可源自相干激光源(未示出)或如圖4a所示的激發(fā)光束光源230。
圖7表示本發(fā)明另一個實施例的垂直腔有機激光器陣列190截面圖，垂直腔有機激光器陣列190包括至少兩個具有傳感器450的垂直腔有機激光器裝置10，當(dāng)激光輻射從未示出的另一個面反射回來時，傳感器450調(diào)諧以檢測激光輻射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可位于垂直腔有機激光器陣列190的中央，如圖9a所示。傳感器可為光電倍增管、無機半導(dǎo)體光伏傳感器、有機半導(dǎo)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所示的垂直腔有機激光器陣列190包括多個均調(diào)諧到相同的波長的垂直腔有機激光器裝置10。前述的激發(fā)光束光源230光學(xué)激發(fā)每個垂直腔有機激光器裝置10，導(dǎo)致垂直腔有機激光器陣列190松散(laze)，由此由頂部電介質(zhì)堆50產(chǎn)生激光輻射70。當(dāng)激光輻射70撞擊另一個面時，其(激光輻射)反射回到垂直腔有機激光器陣列190。傳感器450可調(diào)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)。信號可用于發(fā)出警告聲音或引起另一個設(shè)備開啟或關(guān)閉等。
圖8是本發(fā)明另一個實施例，其表示傳感器450位于兩個垂直腔有機激光器陣列190之間；每個垂直腔有機激光器陣列190帶有定位器240，定位器用于保持垂直腔有機激光器陣列190、傳感器450和激發(fā)光束光源230之間的間隔關(guān)系。如前討論，相同的符號表示相同的部件和操作。當(dāng)陣列松散時，產(chǎn)生激光輻射70，并激光輻射撞擊到另一表面，另一表面將激光輻射反射回垂直腔有機激光器陣列190，可調(diào)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，并通過線470送出信號到存儲器和控制單元(未示出)。垂直腔有機激光器陣列190可包括一個或多個垂直腔有機激光器裝置10，其中該裝置發(fā)射與相鄰的垂直腔有機激光器裝置10發(fā)射的光的波長不同的可見光波長。同樣的，位于垂直腔有機激光器陣列190上的一個或多個傳感器450可調(diào)諧到探測不同的發(fā)射光的波長。如果多于一個垂直腔有機激光器裝置10結(jié)合到垂直腔有機激光器陣列190，并且發(fā)出相同的波長，他們變成鎖相，如前所述。但是，垂直腔有機激光器裝置10不必發(fā)射相同的波長，但可設(shè)計成發(fā)射不同波長。
圖9a所示的垂直腔有機激光器陣列190包括多個調(diào)諧到相同波長的垂直腔有機激光器裝置10和傳感器450，當(dāng)激光輻射70從另一個面(未示出)反射回來時該傳感器調(diào)諧到探測激光輻射70。傳感器450可位于垂直腔有機激光器陣列190的中央，如圖9a所示，或垂直腔有機激光器陣列190的其他地方。傳感器450可為光電倍增管、無機半導(dǎo)體光伏傳感器、有機半導(dǎo)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所示的垂直腔有機激光器陣列190包括垂直腔有機激光器448和449，它們分別交替調(diào)諧到紅“R”和綠“G”波長，以產(chǎn)生綠-紅-旅行455接著紅-綠-R紅456。位于垂直腔有機激光器陣列190中央的傳感器陣列457包括對紅光波長敏感的傳感區(qū)458，和對綠光波長敏感的傳感區(qū)459。傳感區(qū)458和459可為一個或上述不同類型傳感器的結(jié)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(jù)本發(fā)明的垂直腔有機激光器裝置10和包括反射器部件490的定位器480。如前所述，相同的標(biāo)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(zhuǎn)從垂直腔有機激光器裝置10發(fā)出的激光輻射70。
參考圖11，定位器480通過連接器540保持垂直腔有機激光器陣列190與外部激發(fā)光束光源530的間距關(guān)系，連接器540給外部激發(fā)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(fā)光束光源530可為車頭燈。如圖3前述，相同的標(biāo)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(fā)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公司制造的OP29TM。粘合劑580起著光折射率匹配介質(zhì)的作用。應(yīng)當(dāng)把垂直腔有機激光器陣列190的襯底20的指數(shù)與外部激發(fā)光束光源530的指數(shù)相匹配，以不降低光傳輸特性。例如，如上所述，可把垂直腔有機激光器陣列190結(jié)合到車頭燈600(圖11所示)，車頭燈600起著外部激發(fā)光束光源530的作用，以光線610的形式提供激發(fā)光束590。連接器540俘獲導(dǎo)向垂直腔有機激光器陣列190的激發(fā)光束590。通過把垂直腔有機激光器陣列190結(jié)合到車頭燈600中央，光線610的大部分不被連接器540俘獲并為汽車提供正常駕駛光。采用連接器540的垂直腔有機激光器陣列190可附加到任何外部激發(fā)光束光源530如閃光燈、探照燈或燈具。
如圖12所示，在本發(fā)明的另一個實施例中，定位器480保持垂直腔有機激光器陣列190與外部激發(fā)光束光源530和連接器540的間距關(guān)系。連接器540通過準(zhǔn)直光學(xué)元件615給外部激發(fā)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(biāo)號表示相同的部件和操作。采用上述的粘合劑580，通過把準(zhǔn)直光學(xué)元件615直接安裝到外部激發(fā)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(zhǔn)直的光學(xué)元件615的底面618和外部激發(fā)光束光源530的外表面550之間。連接器540俘獲激發(fā)光束590并將其導(dǎo)向到垂直腔有機激光器陣列190。
如圖13所示，在本發(fā)明的另一實施例中，定位器480使用分別裝配有調(diào)節(jié)器620a和620b，吸盤腳630a和630b的連接器540，以連接到外部激發(fā)光束光源530的外表面550。并且，定位器480將垂直腔有機激光器陣列190與外部激發(fā)光束光源530保持在間隔位置。調(diào)節(jié)器620a和620b用于保持垂直腔有機激光器陣列190與外部激發(fā)光束光源530間的間隔關(guān)系。調(diào)節(jié)器620a和620b是非常精細(xì)的螺紋螺釘，并且能夠在箭頭640a和640b所示的方向移動垂直腔有機激光陣列190。連接器俘獲一部分光線440，并且將激發(fā)光束590導(dǎo)向至垂直腔有機激光陣列190。
如圖14所示，在本發(fā)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(fā)光束光源530的外表面550并保持垂直腔有機激光器陣列190與激發(fā)光束光源530之間的間隔關(guān)系。連接器540安裝了分別具有上墊片660a、660b和下墊片660c和660d的螺桿650a和650b，其通過螺桿650a和650b和螺母670a和670b附加到外部激發(fā)光束光源530的外表面550。墊片660a、660b、660c和660d形成儲蓄器680，用于存放光學(xué)折射率匹配介質(zhì)690，如CargilleTMRefractive Index Liquids，A系列(經(jīng)鑒定的)，該物質(zhì)匹配外表面550材料和垂直腔有機激光器陣列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(dāng)?shù)囊后w折射率為1.5到1.6。調(diào)節(jié)器620a和620b用于保持垂直腔有機激光器陣列190與外部激發(fā)光束光源530的優(yōu)選間隔關(guān)系。調(diào)節(jié)器620a和620b可為非常精細(xì)的螺紋螺釘并具有在由箭頭640a和640b方向移動垂直腔有機激光器陣列190的能力。連接器540俘獲光線440的一部分并把激發(fā)光束590導(dǎo)向垂直腔有機激光器陣列190。
圖15表示由定位器480定位的垂直腔有機激光器陣列190和外部激發(fā)光束光源530的截面圖。在一個實施例中，定位器構(gòu)架700保持外部激發(fā)光束光源530和垂直腔有機激光器陣列190的間隔關(guān)系并容納光譜改進介質(zhì)710。如前述13討論，相同的標(biāo)號表示相同的部件和操作。光譜改進介質(zhì)710可為特定類型的濾光片如Wratten98TM，該材料主要透射藍(lán)光。另外，光譜改改進介質(zhì)710可具有中間密度(neutraldensity)并通過增加朝向垂直腔有機激光器陣列190的激發(fā)光束590的數(shù)量改進激光輻射70的強度。激光輻射70的強度值根據(jù)光譜改進介質(zhì)710的密度改進。圖15顯示的實施例表示垂直腔有機激光器陣列190。應(yīng)當(dāng)明白定位器構(gòu)架700也可容納如圖4a所示的單個垂直腔有機激光器裝置10。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，其中至少兩個垂直腔有機激光器裝置以圖案(pattern)排列。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，其中至少兩個垂直腔有機激光器裝置輸出是一個特定的光波長。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，其中至少兩個垂直腔有機激光器裝置輸出是多個特定的光波長。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，還包括d)至少一個傳感器用于感測一個特定的光波長。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，還包括d)至少一個傳感器用于感測多個特定的光波長。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，還包括d)一個光學(xué)元件，其用于把光從外部激發(fā)光束光源導(dǎo)向至少兩個垂直腔有機激光器裝置的每個。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，其中具有一個特定光波長的至少兩個垂直腔有機激光器裝置的輸出動態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個特定光波長。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，其中定位器包括連接器，以使得外部激發(fā)光束光源連接至少兩個垂直腔有機激光器裝置。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，其中連接器把外部激發(fā)光束光源固定連接到至少兩個垂直腔有機激光器裝置，同時提供包含光學(xué)折射率匹配介質(zhì)的界面。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，其中連接器把外部激發(fā)光束光源固定連接到至少兩個垂直腔有機激光器裝置。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，其中連接器具有粘合劑特性的光學(xué)折射率匹配介質(zhì)。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，其中連接器把外部激發(fā)光束光源固定連接到至少兩個垂直腔有機激光器裝置，同時提供用于包含光學(xué)折射率匹配介質(zhì)的腔。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，其中光學(xué)折射率匹配介質(zhì)為不完全匹配。
垂直腔有機激光器裝置，其中光學(xué)折射率匹配介質(zhì)為不完全匹配。
垂直腔有機激光器裝置，其中定位器包括光譜改進介質(zhì)，以使得垂直腔有機激光器裝置通過光譜改進介質(zhì)調(diào)諧。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，其中定位器包括光譜改進介質(zhì)，以使得至少兩個垂直腔有機激光器裝置通過光譜改進介質(zhì)調(diào)諧。
垂直腔有機激光器裝置，其中用于導(dǎo)光的光學(xué)元件包括光收集機構(gòu)。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，其中用于導(dǎo)光的光學(xué)元件包括光收集機構(gòu)。
垂直腔有機激光器裝置，其中垂直腔有機激光器裝置是反向的，使得垂直腔有機激光器裝置通過頂部電介質(zhì)堆光學(xué)激發(fā)，并且激光從底部電介質(zhì)堆反射并透過頂部電介質(zhì)堆發(fā)射。
垂直腔有機激光器裝置，其中傳感器是光電倍增管。
垂直腔有機激光器裝置，其中傳感器是無機半導(dǎo)體光伏傳感器。
垂直腔有機激光器裝置，其中傳感器是有機半導(dǎo)體光伏傳感器。
垂直腔有機激光器裝置，其中傳感器是無機光電流傳感器。
垂直腔有機激光器裝置，其中傳感器是有機光電流傳感器。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，其中至少一個傳感器是光電倍增管。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，其特征在于至少一個傳感器是無機半導(dǎo)體光伏傳感器。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，其特征在于至少一個傳感器是有機半導(dǎo)體光伏傳感器。
至少兩個垂直腔有機激光器裝置，其特征在于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激光器裝置，其特征在于至少一個傳感器是有機光電流傳感器。
一種用于把激發(fā)光束導(dǎo)向至少一個垂直腔有機激光器裝置的方法；方法包括步驟在外部激發(fā)光束光源和至少一個垂直腔有機激光器裝置之間選擇間隔關(guān)系；和定位外部激發(fā)光束光源和至少一個垂直腔有機激光器裝置，以使得光線從外部激發(fā)光束光源導(dǎo)向至少一個垂直腔有機激光器裝置。
一種用于把激發(fā)光束導(dǎo)向至少一個垂直腔有機激光器裝置的方法，其中，定位外部激發(fā)光束光源和至少一個垂直腔有機激光器裝置包括把外部激發(fā)光束光源固定連接到至少一個垂直腔有機激光器裝置。
一種用于把激發(fā)光束導(dǎo)向至少一個垂直腔有機激光器裝置的方法，其中，定位外部激發(fā)光束光源和至少一個垂直腔有機激光器裝置包括把外部激發(fā)光束光源偏轉(zhuǎn)到至少一個垂直腔有機激光器裝置。
一種用于改進從垂直腔有機激光器裝置發(fā)出的激光的方法，包括步驟轉(zhuǎn)換激光波長。
一種用于改進從垂直腔有機激光器裝置發(fā)出的激光的方法，包括步驟調(diào)制激光強度。
權(quán)利要求
1一種垂直腔有機激光器裝置，包括a)有機激光腔，其包括a1)底部電介質(zhì)堆，其用于接收和傳輸激發(fā)光束并反射在預(yù)定波長范圍內(nèi)的激光；a2)有機活性區(qū)，其用于接收從第一電介質(zhì)堆傳輸?shù)募ぐl(fā)光束并用于發(fā)射所述激光；和a3)頂部電介質(zhì)堆，其用于將自所述有機活性區(qū)傳輸?shù)募ぐl(fā)光束和所述激光反射回所述有機活性區(qū)，其中所述底部電介質(zhì)堆和頂部電介質(zhì)堆以及所述有機活性區(qū)的結(jié)合產(chǎn)生激光；b)外部激發(fā)光束光源，其用于光學(xué)激發(fā)光到有機激光腔；和c)定位器，其用于定位所述有機激光腔與所述外部激發(fā)光束光源的間隔關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的垂直腔有機激光器裝置，其特征在于所述垂直腔有機激光器裝置的輸出是光的一個特定波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的垂直腔有機激光器裝置，其特征在于所述裝置還包括d)傳感器，其用于感測光的所述特定波長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的垂直腔有機激光器裝置，其特征在于所述裝置還包括d)光學(xué)元件，其用于把所述外部激發(fā)光束光源的光導(dǎo)向所述有機激光腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的垂直腔有機激光器裝置，其特征在于具有光的一個特定波長的所述垂直腔有機激光器裝置的所述輸出動態(tài)轉(zhuǎn)換到光的另一個特定波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的垂直腔有機激光器裝置，其特征在于所述定位器包括連接器，以使得所述外部激發(fā)光束光源連接到所述有機激光腔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的垂直腔有機激光器裝置，其特征在于所述連接器把所述外部激發(fā)光束光源固定連接到所述有機激光腔，同時提供包含光學(xué)折射率匹配介質(zhì)的界面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的垂直腔有機激光器裝置，其特征在于所述連接器把所述外部激發(fā)光束光源固定連接到所述有機激光腔。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的垂直腔有機激光器裝置，其特征在于所述連接器具有粘合劑特性的光學(xué)折射率匹配介質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的垂直腔有機激光器裝置，其特征在于所述連接器把所述外部激發(fā)光束光源固定連接到所述有機激光控，同時提供用于包含光學(xué)折射率匹配介質(zhì)的容器。
11.至少兩個垂直腔有機激光器裝置，所述裝置包括a)用于至少兩個垂直腔有機激光器裝置的每一個的有機激光腔包括a1)底部電介質(zhì)堆，其用于對至少兩個垂直腔有機激光器裝置的每一個接收和傳輸激發(fā)光束和反射在預(yù)定波長范圍內(nèi)的激光a2)有機活性區(qū)，其用于接收自至少兩個垂直腔有機激光器裝置的每一個的所述底部電介質(zhì)堆傳輸?shù)募ぐl(fā)光束，并用于發(fā)射所述激光；和a3)頂部電介質(zhì)堆，其用于將自所述有機活性區(qū)傳輸?shù)募ぐl(fā)光束和激光反射回所述有機活性區(qū)，其中對于至少兩個垂直腔有機激光器裝置的每一個，所述底部電介質(zhì)堆和所述頂部電介質(zhì)堆以及所述有機活性區(qū)的結(jié)合產(chǎn)生激光；b)外部激發(fā)光束光源，其用于光學(xué)激發(fā)光到至少兩個垂直腔有機激光器裝置的每一個；和c)定位器，其用于定位至少兩個垂直腔有機激光器裝置的每一個與所述外部激發(fā)光束光源的間隔關(guān)系。
全文摘要
一種垂直腔有機激光器裝置，裝置包括有機激光腔，其包括底部電介質(zhì)堆，用于接收和傳輸激發(fā)光束和在預(yù)定波長范圍內(nèi)折射有機活性區(qū)，用于接收來自第一電解質(zhì)層的傳輸?shù)募ぐl(fā)光束并用于發(fā)射激光；頂部電介質(zhì)堆，用于反射從有機活性區(qū)回到有機活性區(qū)的傳輸?shù)募ぐl(fā)光束和激光，其特征在于底部電介質(zhì)堆和頂層以及有機活性區(qū)的結(jié)合產(chǎn)生激光；裝置還包括外部激發(fā)光束光源，用于光學(xué)激發(fā)光到有機激光腔；和定位器，用于定位有機激光腔與外部激發(fā)光束光源的間隔關(guān)系。
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(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)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, 吣, 斯龐豪威爾, 馬尼科 申請人:伊斯曼柯達(dá)公司