具有改良线性的有机激光器制造技术

一种有机垂直腔激光器包括基板；在预定波长范围内反射光的底部电介质堆且其被置于基板上，和用于产生激光的有机活性层。该器件还包括与底部介质堆间隔的顶部电介质堆且在预定波长范围内反射光，和置于底部电介质堆和有机活性层之间或顶部介质堆和有机活性层之间或上述两种情况均有的热传导透明层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有与输入功率有关的改良线性的有机激光器。
技术介绍
自80年代中期就已开发出了基于无机半导体(例如，AlGaAs)的垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)(K.Kinoshita等人，IEEE J.Quant.Electron.QE-23，882 )。许多公司已可生产出在850nm发射的基于AlGaAs的VCSEL且其寿命超过100年(K.D.Choquette等人，Proc.IEEE85，1730 )。随着这些近红外激光器的成功，近年来注意力又转向了其它的无机材料体系以生产出在可见波长范围内发射的VCSEL(C.Wilmsen等人，Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers，CambridgeUniversity Press，Cambridge，2001)。可见光激光器有许多潜在的应用，比如显示器、光学存储器阅读/书写、激光打印和使用塑料光纤的短程电信(T.Ishigure等人，Electron.Lett.31，467 )。尽管有许多工业和大学实验室的全世界范围的研究成果，但仍有许多工作要去做以创造出可见光激光器的二极管(棱边发射器或VCSEL)，该二极管产生跨可见光谱范围的光输出。在生产可见光波长VCSEL的努力中，宜于放弃基于无机材料的体系，集中注意力于基于有机材料的激光器体系，因为基于有机材料的增益材料在可见光谱能有许多优于基于无机材料的增益材料的优势。例如，一般基于有机材料的增益材料具有低非泵浦散射性能/吸收损耗和高量子效率。与无机激光器体系相比，有机激光器生产相对便宜，能在整个可见光范围发射，能标定到任意大小并且最重要地，能从单个芯片中发射出多波长(比如红、绿和蓝)。过去这些年来，人们对制造有机材料基固态激光器的兴趣正在增长。激光增益材料为聚合分子或小分子，并采用多种不同的共振空腔结构，比如，微型腔(Kozlov等人，US-A-6,160,828)、波导、环形微型激光器和分布反馈(例如，还可参见G.Kranzelbinder等人，Rep.Prog.Phys.63，729 和M.Diaz-Garcia等人，US-A-5,881,083)。所有这些结构所存在的问题是为了获得激光，必须通过采用另一个激光源的光泵浦来激发该腔。电泵浦激光腔非常受青睐，因为这通常使得结构更紧密并更容易调节。实现电泵浦有机激光器的主要障碍是有机材料的载体迁移率小，通常在10-5cm2/(V-s)数量级。如此低的载体迁移率带来许多问题。低载体迁移率器件一般局限于采用薄层，以避免大电压下降和电阻发热。这种薄层使得激光模式渗入到有损耗的阴极和阳极，从而导致激光阈值大幅增加(V.G.Kozlov等人，J.Appl.Phys.84，4096 )。由于电子-空穴在有机材料中的复合遵守Langevin(郎之万)复合(其速率与载体迁移率成比例)，低载体迁移率导致电荷载体数目比单重激发对多若干数量级；其后果之一是，电荷诱导的(极化子)吸收可以成为显著损耗机理(N.Tessler等人，Appl.Phys.Lett.74，2764， )。假定激光器件具有5％的内部量子效率，采用迄今报道的最低激光阈值～100W/cm2(M.Berggren等人，Nature 389，466， )，并忽略上面提到的损耗机理，则推出电泵浦激光阈值的下限为1000A/cm2。若将这些损耗机理包括在内，则激光阈值将远高于1000A/cm2，这是迄今所报道的有机器件能承受的最高电流密度(N.Tessler，Adv.Mater.，19，64 )。有机激光器电泵浦的替代方法是利用非相干光源的光泵浦，比如发光二极管(LED)，其为有机的(M.D.McGehee等人，Appl.Phys.Lett.72，1536， )或无机的(Berggren等人，US-A-5,881,089)。这种可能性来自于在产生激光的波长下非泵浦有机激光器系统的散射和吸收损耗(～0.5cm-1)极大的减少，尤其是当应用基质-掺杂剂组合物作为活性介质层时。即使利用这些小损耗，迄今已报道的基于波导管激光器设计的有机激光器的最小光泵浦阈值为100W/cm2(M.Berggren等人，Nature 389，466， )。由于现有的无机LED仅能至多产生～20W/cm2的光功率密度，因此必须采取另一条途径为利用非相干光源提供光泵浦。另外为了降低激光阈值，必须选择一种能最小化增益容积的激光构件；基于VCSEL的微型腔激光器能满足此要求。使用基于VCSEL的有机激光器空腔应该能使光泵浦光功率密度阈值低于5W/cm2。结果，通过各种容易得到的非相干光源，比如LED，光泵浦可驱动实际的有机激光器设备。人们非常希望有一种有机激光器能产生出与增强的光功率密度相关的线性激光光输出。遗憾的是对于目前基于有机材料的VCSEL器件，如图1所示，激光光输出随泵浦光束功率密度呈非线性变化。用于产生数据的VCSEL激光腔由23层TiO2和SiO2底部电介质堆(560nm峰反射率为99.3％)，0.496μm厚的周期增益活性区域(Corzine等人，IEEE J.Quant.Electr.25，1513 )，和29层TiO2和SiO2顶部电介质堆(560nm峰反射率为99.98％)组成。该周期增益活性区域含有两层0.025μm厚的三(8-羟基喹啉)铝(Alq)，其掺杂有0.5％的苯并吡喃并喹嗪-11-酮](C545T)，并被1，1-双-(4-双(4-甲基-苯基)-氨基-苯基)-环己烷(TAPC)层分隔。泵浦光束从重复频率为5KHz和脉冲宽度为50毫微秒的403nm 5mW的Nichia激光二极管中聚焦输出(1000mm透镜)，其中通过使用两个滤光轮改变其光功率密度。除了激光输出功率饱和外，有机VCSEL激光器件还显示出不期望的特性激光发射的光谱宽度随泵浦光束光功率密度显著地增加，这与理想的谱线宽度随泵浦光束光功率密度保持相对不变的状态相反。此结果如图2中所示，其中画出了上述器件激光发射的光谱宽度的相对增长。通过再成像激光输出(使用50mm聚光透镜和100mm聚焦透镜)于JY Horbia冷却双单色仪(0.55m长)的入口狭缝上得到图2中数据。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种有机垂直空腔激光器，它能产生更为线性的激光输出响应和减少光谱谱线宽度增宽的问题。已发现通过与周期增益区域相邻的热传导层，可显著减少前面提及的问题。通过一种有机垂直腔激光器件可实现上述目的，该激光器件包括a)基板；b)在预定波长范围内反射光的底部电介质堆且其被置于基板上； c)用于产生激光的有机活性区；d)与底部电介质堆间隔的且在预定波长范围内反射光的顶部电介质堆；和e)置于底部电介质堆和有机活性区之间或顶部电介质堆和有机活性区之间或上述两种情况均有的热传导透明层。本专利技术的特点是，在有机垂直空腔激光器中使用适当放置的热传导透明层，能显著改进线性激光输出响应和显著减少光谱谱线宽度增宽。附图说明图1描绘了现有技术有机垂直空腔激光器件的激光器光输出功率对输入功率的关系图；图2显示了现有技术有机垂直腔激光器件与输入功率相关的激光发射的相对光谱谱线宽度；图3显示了根据本专利技术的光泵浦有机材料基的垂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机垂直空腔激光器件，包括：ａ）基板；ｂ）在预定波长范围内反射光的底部电介质堆且其被置于基板上；ｃ）用于产生激光的有机活性区；ｄ）与底部介质堆间隔的且在预定波长范围内反射光的顶部电介质堆；和ｅ）置 于底部电介质堆和有机活性区之间或顶部电介质堆和有机活性区之间或上述两种情况均有的热传导透明层。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：KB卡亨，JA莱本斯，
申请(专利权)人：伊斯曼柯达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]