一种用于产生多模激光输出的垂直腔激光器阵列装置（１００），包括：衬底（１１０）；在预定波长范围反射光的、设置在所述衬底上的底部介质叠层（１２０）；以及用于产生激光的激活区（１３０）。顶部介质叠层（１４０）与所述底部介质叠层（１２０）分隔，在预定波长范围反射光。所述激活区（１３０）包含一个或多个周期增益区和配置在周期增益区两侧的隔层（１７０）。所述周期增益区（１６０）与所述装置的驻波电磁场的波腹对准。所述装置包含彼此间隔的激光器像素的阵列，所述像素具有高于像素间区域的反射率。所述彼此间隔的激光器像素具有不同的尺寸，且像素之间的间隔具有相同或不同的长度，以使所述垂直腔激光器阵列装置产生多模激光输出（１９０）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种有机垂直腔激光发生装置。
技术介绍
自80年代中期以来，就已经发展了基于无机半导体(例如AlGaAs)的各种垂直腔表面发射激光器(VCSEL)(K.Kinoshita等，IEEE J.Quant.Electron.QE-23，882)。有很多公司已可制造可发射850nm波长激光的基于AlGaAs的各种VCSEL并具有超过100年的寿命(K.D.Choquette等，Proc.IEEE85，1730)。随着这些近红外激光器的成功，近年来人们的注意力已经转向其它无机材料系以生产可在可见波长范围发射的各种VCSEL(C.Wilmsen等，Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers，Cambridge UniversityPress，Cambridge，2001)。可见光激光器有许多极具成效的应用，例如显示器、读/写光存储器，激光打印以及使用塑料光纤(T.Ishigure等，Electron.Lett.31，467)的短程电信。尽管世界范围的许多工业和研究实验室已完成了一些工作，但要制造出跨越可见光谱的适用的激光二极管(无论是边缘辐射体或是VCSEL)仍有许多工作要做。在致力于制造各种可见波长的VCSEL时，由于有机基增益材料可具有低的非泵浦散射(unpumped scattering)/吸收损失以及高的量子效率，放弃无机基系材料而集中关注有机基系材料是有利的。同无机激光器系统相比，有机激光器造价相对便宜，可被制成能在整个可见光范围发射，可被制成任意的尺寸，最重要的是能够从一个单片发射多个波长(例如红、绿和蓝)。通常的制造激光二极管系统的途径是使用电注入而不是用光泵浦在装置的激活区产生必需的粒子数反转。这是无机系统的情况，因为它们对于大面积装置的光泵浦阀值(P.L.Gourley等，Appl.Phys.Lett.54，1209)约为104W/cm2。如此高的功率密度只能通过使用其他激光器作为泵浦源才能达到，因此所述用于无机激光腔的途径不再适用。非泵浦有机激光器系统大量降低了在激光辐射波长上的散射和吸收损耗(～0.5cm-1)，尤其是在使用基质-掺杂剂混合物作为激活介质时更是如此。结果，应可达到低于1W/cm2的光泵浦功率密度阀值，尤其是在使用基于VCSEL的微腔设计以最大程度减少激活容积(导致较低的阀值)时更是如此。要求功率密度阀值低于1W/cm2的重要性在于使得用低廉的、现有的非相干LED的激光腔来光泵浦激光腔成为可能。为了从有机VCSEL装置产生多模毫瓦激光输出功率，发射面积的直径通常必须约为10μm。结果，1mW的输出功率要求由产生～4000W/cm2的源(假设25％的功率转化率)来对装置进行光泵浦。这种功率密度级(和像素尺寸)远超出LED的容量，此外若是以连续波方式驱动，还极有可能产生一些有机物质的降解问题。一种解决该问题的途径是扩大有机激光器发射面直径至约350μm，这样将降低泵浦功率密度至4W/cm2(产生1mW的输出功率)。该功率密度级和像素尺寸可通过非定制的400nm无机LED获得。遗憾的是，具有350μm直径发射面积的大面积激光器会导致细丝状(filamented)多模激光输出(这是很难控制的)或导致谐振腔LED作用(该作用不是在产生激光)。不管哪一种情况，功率转换效率均会降低。
技术实现思路
本专利技术的一个目标是生产大面积有机VCSEL装置，该装置具有理想的功率转换效率和可控的多模激光输出。本专利技术的另一个目标是提供一种制造有机表面发射激光器配置的方法，该配置特别适用于使得能够从随机尺寸的、微米间隔的有机激光器像素组成的二维阵列发出多模激光。通过用于产生多模激光输出的一种有机垂直腔激光器阵列实现了这些目标，该装置包括a)衬底；b)放置在所述衬底上的、反射预定范围内的光的底部介质叠层；c)产生激光的激活区；d)与底部介质叠层分隔的、反射预定范围内的光的顶部介质叠层；e)所述激活区包括一个或多个周期增益区和配置在周期增益区两边的隔层，并被配置成使得周期增益区与装置的驻波电磁场的波腹对准；f)提供彼此间隔的激光器像素的阵列的装置，这些像素具有比像素间区域更高的反射率；以及g)彼此分隔的激光器像素，具有不同尺寸，且像素之间的间隔具有相同或不同的长度，以使垂直腔激光器阵列装置产生多模激光输出。本专利技术的一个优点是提供了制造一种二维有机激光器阵列装置的方法，该装置采用随机尺寸、微米间隔的激光器像素，这些像素可以由大面积的驱动源驱动而产生多模激光输出。所述装置采用微腔设计，其中包括顶部和底部反射器的高反射率介质叠层，并具有包含有机材料的增益介质。通过调制底部介质叠层的反射率而设置所述装置的微米尺寸的激光器像素。作为随机改变激光器像素的位置、尺寸和间隔的结果，通过对底部介质叠层的蚀刻，可以获得这样一种激光辐射，与激光器像素周期阵列相比，该激光辐射的光谱宽度和角分布有所减小。附图的简要说明附图说明图1示出一种根据本专利技术制造的光泵浦有机垂直腔激光器二维阵列的示意侧视图，其反射率调制通过蚀刻底部介质叠层的上表面而实现；图2示出一种根据本专利技术制造的光泵浦有机垂直腔激光器二维阵列的示意顶视图；图3示出根据本专利技术制造的光泵浦有机垂直腔激光器二维阵列的另一实施例，它包含一个平面化层；图4示出一种根据本专利技术制造的光泵浦有机垂直腔激光器二维阵列的示意侧视图，其反射率调制通过蚀刻底部介质叠层的第一部分的上表面而实现；图5示出了根据本专利技术制造的图4中的光泵浦二维有机垂直腔激光器阵列的另一个实施例，它集成了一个平面化层；图6示出光强度和波长的关系图，并将光泵浦的有机垂直腔激光器二维阵列的激光辐射光谱描述为试样的倾角的函数。具体实施例方式为实现能发出光谱和角度均变窄的多模激光的大面积激光器结构，需要构建如图1示意性地示出的、根据本专利技术设计的一种二维激光器阵列装置100。图2示出了该二维激光器阵列装置100的示意顶视图，其中，需要在VCSEL的表面定义由像素间区域210分隔的、发射激光的像素200。如果需要发射单模激光，则需要对从各个像素发出的激光进行锁相，即在像素之间应交换各自的强度和相位信息(E.Kapan和M.Orenstein，美国专利5,086,430)。此外像素需要为相同大小，且它们应当设置在一个周期阵列中。对于锁相的二维VCSEL结构，用于定义激光器像素的常见手段是或通过加入金属(E.Kapan和M.Orenstein，美国专利5,086,430)或对顶部介质叠层进行深入蚀刻(P.L.Gourley等人，Appl.Phys.Lett.58，890 )来调制顶部介质叠层的反射率。在两种均为无机激光器阵列的例中，激光器像素的宽度约为3-5μm(以激发单模激光)，而像素间隔为1-2μm。将这些结果应用于有机激光系统时要小心，因为一旦淀积形成了有机层，在激光结构上形成微米级的图案便变得非常困难。结果，在优选实施例中需要对底部介质叠层的反射率进行调制。已经发现，难以对通过加入金属来调制反射率的做法进行控制，因为调制仅对非常窄(＜1nm)的波长范围有效。因此，在本实施例中，调制是通过对底部介质叠层进行二维蚀刻来实现的，这使得像素间区域210与底部介质叠层的被蚀刻区域(在激本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于产生多模激光输出的垂直腔激光器阵列装置，包括：ａ）衬底；ｂ）在预定波长范围反射光的、设置在所述衬底上的底部介质叠层；ｃ）用于产生激光的激活区；ｄ）在预定波长范围反射光的、与所述底部介质叠层分隔的顶部介 质叠层；ｅ）所述激活区包括一个或多个周期增益区和配置在周期增益区两侧的隔层，并且配置成使得周期增益区与所述装置的驻波电磁场的波腹对准；ｆ）用以设置一个彼此间隔的激光器像素的阵列的部件，所述像素具有高于像素间区域的反射率； ｇ）所述彼此间隔的激光器像素具有不同的尺寸，且像素之间的间隔具有相同或不同的长度，以使所述垂直腔激光器阵列装置产生多模激光输出。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：KB卡亨，
申请(专利权)人：伊斯曼柯达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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