CN1717851A - 有机垂直腔激光器及成像系统 - Google Patents

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Abstract

一种有机垂直腔激光光束产生器件(10)包括衬底(20)。多个激光发射器(200)在垂直于衬底的方向发射激光。多个激光发射器内的每个激光发射器在垂直于激光方向的第一轴上具有第一横模结构，并在垂直于激光方向和第一轴的第二轴上具有第二横模结构。每个激光发射器包括设置在衬底(20)顶表面的第一反射镜，其反射预定波长范围的光。有机有源区(40)产生激光(350)。有机有源区之上提供第二反射镜，其反射预定波长范围的光。泵浦装置激励多个激光发射器。

Description

有机垂直腔激光器及成像系统
技术领域
本发明总体来讲涉及一种电子显示和打印系统，尤其涉及一种使用有机激光器光源的电子显示和打印系统。
背景技术
已经开发了基于激光器的电子成像系统用于投影显示，并更广泛地用于打印用途。特别是，已经开发了具有几个基本结构的激光投影显示系统，它们包括向量扫描、光栅扫描、一维(1-D)扫描、和二维(2-D)区域成像系统。一般来说希望多彩显示的激光投影系统的发展总体上已经受到有效可见波长激光器的最小可用性的限制。另一方面，已经广泛开发了基于激光器的打印系统，其使用了所有这些相同的结构，向量扫描可能有例外。结果，通过在激光投影方面的努力，已经非常详细开发出了适用于激光投影的许多激光光束整形和激光光束调制技术及其变形。但是，值得注意的是，在现有技术中大多数上述激光打印系统是单色的，并使用红外激光器，而不是激光投影需求的多个可见光谱的激光器。
在通常的激光打印机中，使来自激光器的辐射整形，并且在胶片平面上成像，以产生所需的光点尺寸。该光点称作像素，是形成图像的最小图像单元。调制激光辐射以便逐个像素地产生每个光点的正确密度。以行方向扫描激光光点，且以页面扫描方向移动介质，从而产生二维图像。在使用连续波形气体或者固体激光器的打印系统中，经常使用诸如声光器件的外部调制器将图像数据输入到光束中。但是，在使用半导体二极管激光器的系统中，一般通过改变激光器的电流输入直接调制激光辐射。对于使用诸如卤化银胶片的高光敏性介质的打印机，通过使用多面镜或者电流计在行方向扫描激光束来获得高打印输出。这些打印机被称作“飞点”打印机。
通过比较，当打印介质(如大多数热介质)具有低光敏度时，典型的激光打印机使用高功率激光光源和慢的行和页面扫描速度，来适应高曝光的需要。达到这种扫描类型的一种方式是将打印机构成如“车床”的结构，其页面扫描由支撑胶片的鼓的旋转获得，行扫描通过以平行于鼓的旋转轴的方向平移激光器获得。为了以较低成本小型化地达到高光功率输出，已采用了向靶平面直接提供多个记录光点的技术。
在系统中已构成使用一个激光器作为光源的多点打印机，其中光照射线性空间光调制器阵列，该阵列依次在靶平面上成像。示范性的系统在几个现有专利中描述，包括Sprague的美国专利4,389,659，Yip的美国专利4,591,260，和Tanuira的美国专利4,960,320。但是，在许多打印用途中使用典型的高功率单束激光器太大并且昂贵。而且，这种系统对激光光源的潜在故障是敏感的。
另一方法，直接在光敏介质上使激光光源的单片阵列成像，以产生多个光点。激光阵列每一元件的功率被单独调制，以获得像素密度。这种系统，如美国专利4,804,975所述，具有潜在的低成本和高光效率。另一方面，这种类型的系统易受发射器故障的影响，并随之带来图像误差。由于二极管需要高输入电流以及对于激光发射器之间的热与电的串扰影响敏感，正确地调制二极管也是困难的。
作为一种混合的方法，用线性二极管激光器阵列作为没有直接寻址的光源，接着组合来自众多发射器的激光光束，以泛光照射线性空间光调制器阵列。在许多这种系统中，激光发射器在交叉的阵列方向提供单模高斯光发射，且在阵列方向提供空间多模发射。一个典型的发射器在阵列方向上的长度可以是～100μm，在交叉的阵列方向上的宽度只为～3μm。调制器阵列的寻址像素将光拆散成图像单元，且调制器的每个像素接着被成像到介质平面上，以形成所需的打印点阵列。Thornton等人的美国专利US4,786,918，Gelbart的美国专利US5,517,359，和Sarraf的美国专利US5,521,748的现有技术描述了利用这种方法的打印系统。多种线性空间光调制器适合于应用在这种系统中，包括Sprague的美国专利US4,281,904的“TIR”调制器，Bloom等人的美国专利US5,311,360的光栅光阈(GLV)调制器，Ramanujan等人的美国专利US6,084,626的电光光栅调制器，和Kowarz的美国专利US6,307,663的保形光栅调制器。当然还已经开发了大量的其它调制器阵列技术，包括最显著的数字反射镜器件(DMD)和液晶显示器(LCDs)，但这些器件作为线性阵列调制器不是最佳的，因为线性阵列调制器要经历许多打印和显示用途中所需的高输入功率电平。
在这种系统中，重要的是提供到调制器平面的照射要尽可能均匀。首先，如果所发射的光束从一个发射器到下一个发射器是空间地且暂时地相干，则在调制器上重叠的照射可能受到干涉条纹变化的影响。即使激光器阵列由长的1-D多模发射器组成，激光器成丝作用、剩余相干和非均匀增益轮廓也会在阵列方向光发射轮廓上引起明显的宏观和微观的非均匀性，这会导致调制器照射是显著非均匀的。各种方法已经考虑到了这些问题。
作为一个示例，美国专利US4,786,918提供了一种激光二极管阵列，其中单模激光发射器被交替分布在两行中，以使发射器被分开且相互不相干。所发射的光继而在远场重叠，无需光均匀光学元件的协助，基本上提供无干扰的高斯光轮廓。
相反，现有技术美国专利5,517,359和5,521,748都利用了由大面积发射器组成的线性激光二极管阵列。在这些系统中使用的这些高功率激光器阵列一般发射20-30瓦的近红外光，波长在810-950nm范围内，发射带宽为3-4nm。在这两种系统中，借助于微透镜阵列，以重叠的方式将激光发射器以高放大率直接成像在调制器阵列上。当这些发射器的每一个的阵列方向光发射轮廓在发射器的边缘受到光衰减的影响时，美国专利5,517,359的系统提供了反射镜系统通过基本上去除大的非均匀性而部分地补偿这些问题，但是由于增加了调制器上照射的角展度，所以降低了亮度。美国专利5,517,359的方法也仅仅在发射元件上的光轮廓已具有基本上均匀的大面积时才有效。
已经公开了多种系统，改进从激光器阵列提供给空间光调制器阵列的照射均匀性。特别是，Kurtz等人的美国专利5,923,475描述了使用蝇眼积分器均匀化入射到调制器阵列的阵列方向照射的系统。类似地，Moulin的美国专利6,137,631利用积分棒使光均匀。
由于这些激光二极管阵列也典型地受“激光微笑(laser smile)”的影响，“激光微笑”是共线发射器位置的交叉阵列偏移(一般的总偏移为10μm或更少)，因此已开发了交叉阵列光学装置来校正这些问题。各种“微笑”校正方法在Kessler等人的美国专利5,854,651，Gelbart的美国专利5,861,992和Blanding的美国专利6,166,759的现有技术中描述。激光二极管阵列棒也已经在交叉的阵列方向上层叠，其具有在靶平面上增加可用入射光的目的。为层叠激光器阵列设计的示范性激光光束整形光学装置在现有技术Hwu的美国专利6,215,598和Lang等人的美国专利6,240,116中描述。
已开发了具有彩色激光器或者红外激光器和伪彩色介质的多种彩色激光打印机，通常，对于彩色激光打印机来说大多数完全开发的结构是在飞点打印机中利用相互对准的光束。示范性的现有专利包括Kessler等人的美国专利4,728,965和Kessler等人的美国专利4,982,206。
可是，在显示器和打印机用途中使用的可见彩色激光系统，未充分利用具有激光二极管阵列泛光照射空间光调制器阵列这一非常有效的结构，该结构带有或者不带插入的光均匀化光学装置。在Bloom等人的美国专利5,982,553中描述的系统利用了固态激光器(红、绿和蓝)来照射空间光调制器阵列，该阵列在屏幕上翻转成像和扫描。与同样的激光打印机系统相比，美国专利5,982,553系统依赖单一激光光源(对于每一色彩)，因此对于激光光源的故障是敏感的。
在Gibeau等人的美国专利5,614,961和Hargis等人的美国专利5,990,983的现有技术中，在屏幕上直接调制和扫描彩色激光器阵列。因此，这些系统没有利用泛光照射空间光调制器阵列的系统结构，因此，该系统缺乏激光器的冗余，它们也对激光二极管的故障敏感。另外，由美国专利5,614,961和5,990,983描述的彩色激光器阵列在制造上非常昂贵和困难。因为激光器阵列依赖不能直接发射蓝光(440-470nm)和绿光(520-550nm)光谱区域内的光的无机半导体或者固态激光介质，所以需要非线性光学设备以倍频光发射来获得所需波长。在不久的将来，直接发射蓝光和绿光光谱区域内的足够功率的基于氮化物的可靠激光器系统似乎是不可用的。目前，非线性光学设备增加了激光器阵列的成本和复杂性，并且还降低了激光器系统的效率。另外，美国专利5,614,961和5,990,983中直接调制激光器阵列的要求使在激光器阵列中包括每一发射器的外调制元件成为必须，以避免半导体激光器系统的啁啾或者由于固态激光器系统的长高能态寿命导致的限制。
因此，可以看到，使用将激光二极管阵列与泛光照射的空间光调制器阵列组合的光学系统结构的激光投影显示系统是有利的。而且，可以看到，改进的、耐用的、低成本的彩色激光二极管阵列与现存的彩色激光器阵列相比是有利的，反过来将更加有利于相同的光学系统结构。
一项新的激光器技术是有机垂直腔激光器，该技术特别有利于提供可见波长的激光器阵列，该激光器可用于投影和显示。
基于无机半导体(例如AlGaAs)的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)比该新的、基于有机的激光器更公知。自从80年代中期(“CircularBuried Heterostructure(CBH)GaAlAs/GaAs Surface EmittingLasers”by K.Kinoshita et al.，IEEE J.Qusnt.Electron.QE-23，pp.882-888(1987))已经开发无机VCSEL，他们已经达到由许多公司制造发射850nm的基于AlGaAs的VCSEL且其寿命超过100年的程度。随着这些近红外激光器的成功，近年来的注意力已经转到使用无机材料系统来生产发射可见光波长范围的光的VCSEL，但是，尽管是全世界的巨大努力，要想制造出横跨可见光谱的可见无机激光二极管仍需很多工作。
在努力生产可见波长的VCSEL时，有利的是要放弃基于无机的系统，而将注意力集中于基于有机的激光器系统，因为在可见光谱中基于有机的增益材料与基于无机的增益材料相比具有许多优点。例如，典型的基于有机的增益材料具有低的未泵浦散射/吸收损耗和高的量子效率的性质。与无机激光器系统比较，有机激光器制造相对便宜，能够制造出发射覆盖整个可见光范围的有机激光器，能够标定任意尺寸的有机激光器，并且，非常重要的是，有机激光器能够从一个芯片中发射多个波长(如红、绿和蓝)的光束。
给出这种可能，增加了制造基于有机的固态激光器的兴趣。在今天的努力中，激光增益材料是聚合物或者是小分子，以及这些材料在各种谐振腔结构中使用。所用的示范性的腔结构包括微腔结构(Kozlov等人的美国专利6,160,828)、波导结构、环形微激光器和分布式反馈结构(Diaz-Garcia等人的美国专利5,881,083)。值得注意的是，所有这些新器件都使用了激光泵浦源，以激励有机激光腔。当激光腔更紧凑和更容易调制时，电泵浦通常是优选的。
实现电泵浦的有机激光器的主要障碍是有机材料的小的载流子迁移率，典型的大约是10-5cm2/(V-s)的量级。这种低的载流子迁移率导致了许多问题。低裁流子迁移率的器件一般限制为使用薄层，以便避免大的电压降和电阻热。这些薄层导致激光模式穿透有损耗的阴极和阳极，从而使激光闽值大幅度增加(“Study of lasing action basedon Frster energy transfer in optically pumped organicsemiconductor thin films”by V.G.Kozlov et al.，J.Appl.Phys.84，pp/4096-4106(1998))。由于在有机材料中电子-空穴复合受到Langevin复合控制(Langevin复合速率随载流子迁移率成比例变化)，因此，低载流子迁移率导致载荷子的数量级比单激子多。一种后果是电荷引起(极化子)的吸收可成为损耗严重的机构。假设激光器件具有5％的内量子效率，而使用迄今为止据报导最低的～100W/cm2激光阈值(“Light amplification in organic thin films usingcascade energy transfer”by M.Berggren etal.，Nature389，pp.466-469(1997))，且上述损耗机构忽略不计，那么对仅1000A/cm2的电泵浦激光阈值施加了较低的限制。包括这些损耗机构将使激光阈值远远超过1000A/cm2，它是迄今为止据报告最高的电流密度，这能够得到有机器件的支持(“High Peak BrightnessPolymer Light-Emitting Diodes”byN.Tessler，Adv.Mater.19，pp.64-69(1998))。
一种避免影响有机激光器件电泵浦问题的方式是使用结晶的有机材料代替非晶的有机材料，作为激光介质.例如，包括单晶丙四苯增益材料的厚层和Fabry-Perot谐振腔的有机激光器已证明室温激光阈值电流密度约为1500A/cm2。
可是，优选的是制造具有非晶层代替结晶层(无机或者有机材料)的基于有机的激光器，因此显著降低制造成本。另外，与生产大面积单晶材料的激光器相比，能够更容易地制造大面积的非晶有机激光器。另外，因为它们的非晶属性，基于有机的激光器能够在多种衬底上生长；因而，诸如玻璃、柔性塑料、和硅(Si)之类的材料可以支持这些器件。总之，非晶有机激光器具有在任意尺寸(导致较大输出功率)和任意形状上可伸缩的潜在能力。
非晶有机激光器的光泵浦的显著进步是激光器结构不再受电泵浦时存在的问题的影响。有机激光器不但能够由外部的激光光源泵浦，而且能够由诸如发光二极管(LED)和灯的非相干光源泵浦。例如，已经描述了使用有机DFB激光器与无机LED(“Semiconductor polymerdistributed feedback lasers”by M.D.McGehee et al.Appl.Phys.Lett.72，pp.1536-1538(1998))相结合或者使用有机波导激光器与有机LED(Berggren等人的美国专利5,881,089)相结合。特别是当利用大量掺杂剂的结合作为有源介质时，激光波长的散射和吸收损耗(～0.5cm-1)大大降低能够实现有机激光器系统的光泵浦。即使具有这些小损耗的优点，在使用波导激光器设计的器件中(“Lightamplification in organic thin films cascade energy transfer”by M.Berggren et al.，Nature 389，pp.466-469(1997))，对于有机激光器迄今为止据报告最低的激光阈值是100W/cm2。由于现有的无机LED仅能够提供高于～20W/cm2的功率密度，所以需要不同的器件结构来达到利用不相干光源的光泵浦，尤其是利用LED的泵浦。另外为了降低激光发射阈值，需要选择使增益值最小化的激光器结构；基于VCSEL的微腔激光器满足该标准。使用基于VCSEL的有机激光腔应能够使光泵浦的功率密度阈值低于5W/cm2。结果实际的有机激光器器件能够由各种容易使用的，诸如LED的不相干光源等光泵浦来驱动。
基于有机的增益介质存在一些不足，但是仔细设计激光器系统能够克服这些不足。有机材料可因低的光和热而损害阈值。为了排除对器件的不可逆损害，器件将具有有限的泵浦功率密度。另外有机材料对各种环境因素如氧和水蒸气等非常敏感；努力减小器件对这些可变因素的敏感性来增加器件的寿命。
总之，有机激光器领域还没有全面开发。而且，非晶有机材料的有利激光器结构、垂直微腔结构、和利用相干或者非相干光源的光泵浦也没有全面开发。特别是，没有出现光泵浦的有机垂直腔激光器向有利于各种系统用途的扩展。当有机激光器能够通过高真空热蒸发法、使用用于构图的掩模和光致抗蚀剂而制造时，能够产生各种激光器结构，包括激光器阵列结构。通过利用诸如喷墨或者激光热沉积的打印方法(如有机LED的做法)制造部分有机激光器也是可能的。结果，有机激光器结构能够以新的和独特的方法优化，以匹配如打印和显示的具体的所需应用。
发明内容
一种有机垂直腔激光光产生器件包括衬底。多个激光发射器在垂直于衬底的方向发射激光。多个激光发射器内的每一激光发射器具有在垂直于激光方向的第一轴上的第一横模结构，并具有在垂直于激光方向和第一轴的第二轴上的第二横模结构。每一激光发射器包括设置在衬底顶表面上的第一反射镜，其反射预定波长范围的光。有机有源区产生激光。第二反射镜设置在有机有源区上，其反射预定波长范围的光。泵浦装置激励多个激光发射器。
本发明的这些和其他目的和优点将在下面出现的优选实施例的详细描述中更多的显示。
附图说明
图1是垂直腔有机激光器结构的横截面图。
图2是工作效率改进的垂直腔有机激光器的结构横截面图。
图3是具有在激光发射器阵列上的锁相的垂直腔有机激光器的结构横截面图。
图4a示出了本发明有机垂直腔激光器阵列的透视图。
图4b示出了在本发明激光器阵列中的部分有机垂直腔激光发射器的放大正视图。
图4c、4d和4e示出了在本发明有机垂直腔激光器阵列中的部分有机垂直腔激光发射器的另一实施例的放大正视图。
图5表示利用本发明的有机垂直腔激光器阵列的成像系统，其中激光器阵列与线性空间光调制器阵列组合使用。
图6a-6c是表示由本发明有机激光器阵列的激光发射器发射的光的空间和角度特性的曲线图表。
图7a-7i表示基本的调制光学系统，该系统利用了与空间光调制器阵列组合使用的有机垂直腔激光器阵列，具有用于照射有机垂直腔激光器阵列的不同结构。
图8a表示调制光学系统的可替换的构造，该系统利用与照射调制器组合使用的有机垂直腔激光器阵列来提供彩色连续工作。
图8b表示调制光学系统的可替换的构造，该系统利用与一个空间光调制器阵列组合使用的多个有机垂直腔激光器阵列。
图8c表示利用与多个空间光调制器阵列组合使用的多个有机垂直腔激光器阵列的成像系统。
图8d表示成像系统的可替换的构造，该系统利用与3个线性空间光调制器阵列组合使用的多个多颜色有机垂直腔激光器阵列。
图9a表示整个成像系统，其中与空间光调制器阵列和其它光学装置和机械装置组合使用垂直腔有机激光器阵列，以便在靶平面上扫描图像。
图9b表示可替换的整个成像系统，其中与空间光调制器阵列和其它光学装置和机械装置组合使用垂直腔有机激光器阵列，以便在靶平面上扫描图像。
具体实施方式
图1表示垂直腔有机激光器结构10的示意图。衬底20可以依照想要的光泵浦和激光发射的方向是透射的或者不透明的。光透射衬底20可以是透明玻璃、塑料或者其它透明材料，如蓝宝石。另外，如果通过同一表面发生光泵浦和发射，可以使用包括但不限于半导体材料(例如硅)或者陶瓷材料的不透明衬底。在衬底上沉积下介电叠层30，接着沉积有机有源区40。然后沉积顶介电叠层50。有机激光器膜结构35包括下介电叠层30、有机有源区40和顶介电叠层50的组合。泵浦光源65提供泵浦光束60，来光学泵浦垂直腔有机激光器结构10。泵浦光束60的光源可以是不相干的，如发光二极管(LED)发射的光。另外，泵浦光束可以从相干激光光源产生。图1表示了从顶介电叠层50的激光发射70。另外，通过适当设计介电叠层反射特性，利用通过衬底20的光发射可以通过顶介电叠层50光学泵浦该激光器结构。在如硅的不透明衬底的情况下，光泵浦和激光发射都通过顶介电叠层50产生。
有机有源区40的优选材料是小分子量的有机主掺杂组合物，它们一般通过高真空热蒸发有机地生长/沉积。这些主掺杂组合物是有利的，因为对于增益介质它们导致非常小的非泵浦散射/吸收损耗。小分子量的有机分子是优选的，因为真空沉积的材料可以比旋转涂敷聚合物的材料沉积的更均匀。选择本发明使用的主材料也是优选的，这种选择使它们对泵浦光束60具有足够的吸收，并且能够通过Frster能量转换将它们的激励能量的大百分比转化给掺杂材料。那些本领域的技术人员熟悉Frster能量转换的概念，其包括主分子和掺杂分子之间能量的较小辐射转换。例如，用于红发射激光器的有效主-掺杂组合是铝三羧甲基氨基甲烷(aluminum tris)(8-羟基喹啉)(Alq)作为主材料，和[4-二环亚甲基(dickanomethylene)-2-t-丁基butyl-6-(1，1，7，-四甲基久洛尼定tetramethyl julolidyl-9-enyl)-4H-吡喃(pyran)](DCJTB)作为掺杂材料(1％的容积分率)。其它的主-掺杂组合可以用于其它的波长发射。例如，绿光有用的组合是Alq作为主材料和[10-(2-苯并噻唑基benzothiazolyl)-2，3，6，7-四氢化(tetrahydro)-1，1，7，7-四甲基(tetramethyl)-1H，5H，11H-[1]Benzopyrano[6，7，8-ij]喹嗪(quinolizin)-11-one](C545T)作为掺杂材料(0.5％的客积分率)。其它有机增益区材料可以是聚合的物质，例如聚亚乙烯苯衍生物(polyphenylenevinylene)派生物(derivatives)，(dialkoxy-polypolyphenylenevinylenes)，(poly-para-亚苯基phenylenederivatives)和(polyfluorene derivatives)，如共同转让的美国专利6,194,119中Wolk等人教导的。
下和顶介电叠层30和50分别优选通过常规电子束沉积法沉积，并可包括交替的高折射率和低折射率的介电材料，例如分别是TiO2和SiO2。可以使用其它材料用于高折射率层，如Ta2O5。下介电叠层30在约240℃的温度下沉积。在顶介电叠层50的沉积过程中，温度保持在70℃附近，以避免有机有源材料的熔化。在本发明的可替换实施侧中，通过沉积反射金属镜层来代替顶介电叠层。典型的金属是银或铝，其反射率超过90％。在可替换的实施例中，泵浦光束60和激光发射70均通过衬底20行进。根据垂直腔有机激光器结构10所需的发射波长，下介电叠层30和顶介电叠层50反射预定波长范围的激光。
使用具有非常高的精密度的垂直微腔允许在非常低的阈值下(低于0.1W/cm2的功率密度)发生激光跃迁。这种低的阈值能够使用不相干光源用于泵浦代替激光二极管的聚焦输出，在其它激光器系统中常规使用激光二极管。一个泵浦光源的例子是UV LED，或者UV LED阵列，例如Cree(具体地，XBRIGHT900UltraViolet Power ChipLEDs)。这些光源发射集中在405nm波长附近的光束，并公知的以芯片形式产生20W/cm2数量级的功率密度。因此，即使考虑由于器件封装和LED的扩展角度发射轮廓造成的利用效率的限制，LED的亮度也足以在几倍于激光阈值处泵浦激光腔。
使用如图2所示的用于垂直腔有机激光器结构80的有源区设计进一步改进了激光器效率。有机有源区40包括一个和多个周期性增益区100和设置在周期性增益区每一侧的有机间隔层110，这种设置使得周期性增益区与器件的驻波电磁场的波腹103对准。在图2中表示了在有机有源区40中激光器的驻波电磁场图形120的示意图。由于受激发射在波腹处是最高的，且在电磁场的波节105处的受激发射可忽略不计，因此这是形成图2所示的有机有源区40固有的改进。有机间隔层110不能进行受激或者自激发射，并且基本上不能吸收激光发射70或者泵浦光束60的波长。有机间隔层110是有机材料1，1-双(4-双(4-甲基-苯)氨基-苯)-环己胺(1，1-Bis(4-bis(4-甲基(methyl)-苯基(phenyl))-氨基(amino)-苯基(phenyl))-环己胺(cyclohexane))(TAPC)。由于TAPC基本上不吸收激光输出或者泵浦光束的能量，因此作为间隔材料能够正常工作，此外它的折射率比大多数有机主材料略低。这种折射率的不同是有用的，因为这可以有助于使电磁场波腹和周期性增益区(或者多个增益区)100之间的重叠最大。如下面参照本发明所讨论的，利用周期性增益区代替大体积增益区，导致较高的功率转换效率并显著降低不希望的自激发射。增益区的设置使用光学装置的标准矩阵法来确定(“Design of Fabry-Perot Surface-EmittingLasers with a Periodic Gain Structure”by Corzine et al。IEEEJ.Quant.Electr.25，pp.1513-1524(1989))。为了得到好的结果，周期性增益区100的厚度需要为50nm或者更低，以便避免不希望的自激发射。
激光器能够利用如图3所示的锁相有机激光器阵列190增加面积同时保持空间相干性。为了形成二维锁相激光器阵列190，激光发射器200由需要限制在VCSEL的表面上的内发射器区210分隔。通过少量内部折射率或者增益波导将激光光束略微约束到发射器区，或者通过调制至少一个反射镜的反射系数来生成激光发射器。在优选实施例中反射系数调制受使用标准光刻和蚀刻技术在下介电叠层30中构图和形成蚀刻区220的影响，因此在下介电叠层30的表面上形成圆柱形二堆阵列。其余的有机激光器微腔结构沉积在如上所述构图的下介电叠层30上。
激光发射器的尺寸是用于确定由激光发射器支撑的横模的关键。在折射率-波导结构的情况下，许多受支撑横模由公知的控制光波导的准则决定(参考：“Theory of Dielectric Waveguides”byH.Kogelnik，Chapter 2 of“Integrated Optics”，Ed.By T.Tamir，Springer-Verlag，1979，pp.13-81)。对于增益-波导结构，受支撑横模的数量由受支撑腔模和增益轮廓之间的重叠度决定。对于反射-调制结构，受支撑横模的数量由反射镜结构的尺寸确定，并与给定模式经历的衍射损耗有关。(参考：“Resonant modes in a maserinterferometer”；Bell Sys.Tech.J，Vol.40，pages 453-458，March 1961，by A.Fox and T.Li)。根据波导的结构，存在关键的尺寸，在该尺寸以下只有单横模受到支撑，且在该尺寸以上多横模受到支撑。通常这些原理应用到激光系统中，且不专用于有机激光器激光中。
为了获得锁相，强度和相位信息必须在激光发射器200之间交换。为了达到目的，内发射器空间，边到边，应是在0.25到4μm范围。锁相阵列工作也发生在较大内发射器空间中；可是，这导致光泵浦能量的应用效率低.一般来说，对于发射器边缘到发射器边缘距离大于～10nm的内发射器空间将提供相干耦合。蚀刻深度优选是从200到1000nm深，以形成蚀刻区域220。通过在下介电叠层30中刻蚀正好超过奇数层，就有可能造成远离增益介质峰值的蚀刻区的纵模波长的有效相移。因此，防止了激光发射，显著降低了内发射器区域210中的自激发射。蚀刻区域220形成的最终结果是激光发射器200的激光发射受到稍微的约束，从内发射器区域210中没有激光的产生，相干锁相激光由锁相有机激光器阵列190发射。
有机VCSEL结构的另一改进是它们能够容易地制造成可单独寻址元件的阵列。在这种阵列中，每一元件与相邻元件是不相干的，且由单独的泵浦源(例如LED或者LED组)泵浦。该阵列根据应用的需要可以是一维的(线)或者二维(面)。阵列中的元件还能够包括多个主-掺杂组合和/或多腔设计，以便用一个阵列产生许多波长。
与常规激光器材料相比，本发明的有机增益材料显示出极大的增益带宽。例如，已经报道Alq掺杂掺杂剂DCM具有超过100nm的增益带宽(参见S.Reichel et al，Very compact tunable solidstatelaser utilizing a thin-film organic semiconductor，OpticsLetters Vol.26，No.9，pp.593-595(2001))。因此，使用相同的主材料-掺杂剂组合可以产生具有宽范围波长的激光器。在具有相同主材料-掺杂剂组合的VCSEL元件的有机激光器阵列中，激光波长在各个激光发射器之间可以不同的，例如，通过可控制地改变有源区的厚度。由于具有多波长的纵模激光器，其波长与腔的长度成比例，因此改变有源区的厚度使各元件产生各种激光波长。
本发明提供的具体的有机垂直腔激光器阵列300如图4a所示，在图4b中更详细地表示。在本发明的优选实施例中，该激光器阵列的各个激光发射器330是线性构造，在发射器的长轴(X)上具有多模激光发射特性，在发射器的短轴(Y)上具有单模高斯激光发射特性。排列激光发射器以形成单片有机激光器阵列，以使代表行330包括多个发射器330a、330b、330c、……330k，且行330沿X轴延伸，使发射器的长度与行的长度在相同的轴上。有机激光器阵列300还可包括多个平行的激光发射器行，如330、332、334、……342，如图4a表示。有机激光器阵列300的总的用途和价值能够通过图5理解，其中成像系统400包括包围有机激光器阵列(300)的调制光学系统410、线性空间光调制器阵列460，以及各种中间光束整形的光学装置。激光光源的操作和结构特征主要决定了设计和实现成像系统400的难点，因此激光光源的改进具有重要的影响。本发明的有机激光器阵列300为改进成像系统400的设计和操作提供机会，并为该系统提供新的性能和特征提供机会。
特别是，图5的成像系统400与Kurtz等人的美国专利5,923,475描述的激光热打印系统非常类似。在该系统中，与有机激光器阵列300相当的激光器阵列是额定工作在~810nm的红外(IR)激光发射器阵列，其中发射器在X方向的长度可以是100～150μm，在Y方向的高度＜1μm。由于在半导体激光器阵列中发出功率密度(尤其是大功率阵列)，因此激光发射器通常隔开的间距比发射器的长度(例如500-650μm)大得多。在红外热激光器系统中，在阵列方向(X)的光用于泛光照射调制器阵列(460)，同时蝇眼积分器(440)使光均匀化，且激光发射器(330)与空间光调制器共轭。阵列场透镜436能够用于远心照射调制器阵列460，或者可替换地，阵列场透镜436能够用于将蝇眼积分器成像在成像透镜470的光瞳上。图5中激光器阵列不同的是，美国专利5,923,475中示出的红外激光器阵列是只设置单行激光发射器的半导体器件。一般来说，生产多行半导体激光器阵列(例如由Scifres等人的美国专利4,803,691)是非常困难的，多行阵列通常只由叠层的激光器阵列或者耦合到多行光纤阵列的多个激光器提供。这种多行结构成本高、机械加工复杂、并且相邻行之间可能的最小间距严重受到限制。
半导体激光器阵列还典型地受称作“微笑”的制造问题的影响，即沿行的发射器位置不同于在Y方向上的共线性。当微笑误差在调制器阵列处影响交叉阵列光束尺寸时，同时可能影响光的效率或者影响调制性能，已经开发了光学和机械方法的组合来解决该问题，包括Kessler等人的美国专利5,854,651和Blanding等人的美国专利6,166,759中描述的。
与包括用于热打印的红外激光器阵列的半导体激光器阵列相比，有机激光器阵列300对成像系统400提供了几个潜在的改进。首先，有机激光器能够提供大部分可见光光谱上的可见光波长激光，而通过比较，半导体激光器已限制在特定的红和蓝激光波长。而且，由于也可以使用图案打印技术容易地制造的有机激光器，所以可相对容易地产生多行阵列，在每一行中的激光发射器可高精度地定位(微笑误差可忽略不计)。另外，激光波长能够以精确方式在有机激光器阵列中容易地改变。有机激光器阵列相对半导体激光器阵列具有这些和其它显著的改进，因此对具有这些有机激光器阵列结构的成像系统400提供了改进和新的性能。
这能够通过参照图4a和4b更详细图示的有机激光器阵列300得到更好理解。有机激光器阵列300包括在单片衬底310上制作的多行(330到342)激光发射器(如330a到330k)。如图4b详细所示，它表示了部分有机激光器阵列300，广义的激光发射器328具有长(L)、宽(w)、行中发射器之间的间距(p)，其中长(L)小于间距(p)，因此相隔间隙325。同样，在激光发射器行之间具有间距(p2)。在图4b中，激光发射器328称作“广义的”，从而与有机激光器阵列300和激光发射器330a、330b、332a等的描述相比较下，有机激光器阵列300能够在最宽的条件下描述，图4a的讨论认为覆盖了本专利及许多变化的设计。
优选的是，有机激光器阵列300使用来自外部的光源背光照射进行光泵浦。图4a是简单示意图，具有提供波长为λi的照射光365的光源360和发射波长为λc的激光350的有机激光器阵列300。照射光束365通过衬底310透射，该衬底优选是透光的，以便为位于有机激光器阵列300中的有机激光发射器提供泵浦光。例如，光源360可以是不相干光源如LED，发射λi从～380到～420nm的光，同时有机激光发射器通常能够被构造成发射大多数可见光谱的光，所给定激光发射器提供具有有限带宽(例如在532nm为+/-0.5nm带宽)的设置激光波长为λc的光输出。如下面更详细讨论的，能够由不同的照射光学系统准备和优化照射光365。
更简单地，能够构造有机激光器阵列300，使每一发射器标称发射相同波长(再如532nm)的光束。可是，当构造的有机激光发射器在激光波长上具有相当多的细微变化，并且这些变化能够在激光器阵列中以精确方式产生时，有机激光器阵列300可以构造成从单片衬底310上提供大范围的激光波长。例如，可以制造具有发射器图案的有机激光器阵列300，以使激光发射器330的第一行包括在一给定标称波长(λc1)工作的激光发射器330a-330k，同时激光发射器332的第二行可包括在第二给定标称波长(λc2)工作的激光发射器332a-332k。例如，λc1是532nm，而λc2是620nm。因此，有机激光器阵列300可构造成每一行具有不同的标称激光波长，或者由多行激光发射器构成的组具有相同或者几乎相同的标称激光波长，而在相同阵列300中其它的由多行激光发射器构成的组具有不同的波长(相互不同或者与第一组不同)。同样，有机激光器阵列300可以构造成使激光波长在给定的行内各激光发射器之间发生细微变化。与半导体或者固体激光器阵列努力尝试类似的变化所遇到的困难相比，激光波长能够容易地在有机激光器阵列300中预定变化是非常有利的。例如，Welch等人的美国专利US5,384,797描述了一种复杂的单片多波长激光二极管阵列，它包括激光谐振器阵列，与布拉格反射器光栅耦合，然后与激光放大器和倍频波导阵列耦合，因此在设置和波长上与有机激光器阵列300提供的多波长激光器阵列相比灵活性差。显而易见，用于改变有机激光器阵列300的激光波长的某些构造和组合特别有利于本申请考虑的成像系统。
应该理解图4a所示的有机激光器阵列300仅仅是代表性的，并且器件具有7行发射器，每一行为11个激光发射器，用于解释本发明的概念。例如，实际的器件可以制造成在几个cm2面积的阵列中具有周期性间隔的激光发射器。作为另一示例，如果行的间隔是10μm周期(p2)，每行为150μm宽(L)，发射器间隔为250μm间距(p)，那么3cm×3cm的有机激光器阵列300将有～360,000个激光发射器。目前，光泵浦的有机激光器阵列已显示具有相当适合的转换效率。特别是，构图的阵列已显示具有将泵浦光(UV)转换成输出激光光束的～10-20％的转换效率，而相对泵浦光的功率密度(＜1W/cm2)，显示低的损耗阈值。这表示具有10cm2面积的有机激光器阵列能够接受来自泵浦源的～10Watts的输入UV光束，以便从激光器阵列提供～100到200mw的可见光波长的输出激光。尽管这些输出功率级别是适合的，但是对于成像打印和投影的某些用途来说，在测量具有该器件面积的输出功率和选择可见光谱的激光波长的能力上具有显著的潜力。
如图4a和4b所示，本发明的有机激光器阵列300优选地包括激光发射器328，在构造上是长(在X方向上)而窄的(在Y方向上)。更优选的，广义的激光发射器328在X方向是多模激光光源，在Y方向上是单模激光光源。为了实现这一目的，广义的激光发射器328在X方向要具有足够大的长度(L)，以便支撑多个横向激光器模，在Y方向的宽度要足够小，以便支撑单个横向激光器模。示范性的激光发射器在y方向的“高度”可以是～2-5微米，在X方向的“长度”是100μm。单模发射的光优选是标称的高斯光束(用M2参量定义光束质量)，半角光束宽度为β，如图6a所示，其中曲线“a”代表空间(ω)和角光束(β)的轮廓。当广义的激光发射器328在Y方向是单模激光光源时，高度(w)对应于高斯光束腰部半径(ω)的两倍。多模发射的光具有半角光束宽度α，角和空间光束轮廓不是高斯光束，但该轮廓较宽，并且优选是均匀的直到边缘。使用一般的习惯，定义角宽度α和β延伸到角强度轮廓(不管轮廓是否为高斯形状)的1/e2点(～13％功率级别)。如图6b所示，空间光束轮廓在发射器长度L上理想地是均匀的(参见曲线“b”)，但是稍微圆形的轮廓(曲线“c”)是能够接受的。有噪音的空间光束轮廓(曲线“d”)，其例如可以由激光发射器中的成丝作用引起，虽然它能够被补偿，但仍是非常不期望的。在阵列方向光束宽度α内的标称多模角轮廓优选也是均匀的(如曲线“b”)，但是非均匀轮廓是可以容忍的(例如图6c的曲线“e”)。
具有广义激光发射器328的有机激光器阵列300的构造标称是长和窄的，优选在一堆上是单模的，在另一维上是多模的，成像系统400的构造激发该有机激光器阵列的构造，如图5所示，它利用线性空间光调制器阵列460，并向靶平面475提供像素化光线，这种方式在图像的打印和成像投影系统中特别有效。典型的空间光调制器阵列460包括电可寻址像素463(或者调制器位置)的线，其中每一像素具有预定的阵列方向宽度和交叉阵列高度。例如，每一像素463可有40μm的宽度和40μm的高度。优选地，构造调制器阵列使其具有高光学占空系数(0.9或更高)，以使相邻像素之间的任何间隙最小。因此，例如，具有单行2048像素的线性调制器阵列将具有～8.192cm长、但仅40μm宽的有源区。
为了使光效率最大，照射线性空间光调制器阵列的光将与这些尺寸匹配，具有最小的过满照射(可以容忍调制器照射区域的一些过满照射以帮助系统的对准)。同样优选地，在阵列方向(调制器的长度方向)的照射光轮廓在几个百分比内是均匀的。而电图案校正能够利用寻址到调制器阵列460的各个像素463的偏置或增益信号来补偿照射图案的非均匀性，这种校正是以像素照射、对比度或者调制位深度为代价的。因此，图5的成像系统400表示由有机激光器阵列300发射的阵列方向的光被蝇眼积分器440优化，以便提供对调制器阵列460的适当照射。如下面所述，光源360提供的泵浦光也可以利用光泵浦照射系统500进行优化，以便提供对有机激光器阵列300的适当照射，并因此潜在地对调制器阵列460提供适当的照射。图5的系统还提供交叉阵列微透镜阵列450，以及交叉阵列透镜455a和455b，来控制从有机激光器阵列300到调制器阵列460的交叉阵列照射。设计这些交叉阵列的光学装置以标称地填充调制器460的窄方向，否则实际构造取决于有机激光器阵列300和调制器阵列460的性能。
一般优选用一行中的每个激光发射器发射的光在阵列方向上照射空间光调制器阵列460的整个长度，而不是将来自发射器的光映射到调制器阵列的给定部分。该照射是冗余的以克服一个或多个发射器故障的问题。可是这意味着一行(如330a、330b、……、330k)内的激光发射器应在阵列(X)方向上相互不相干，以至于它们能够重叠而没有在调制器阵列的光束轮廓中产生显著的干涉条纹。如果每个激光发射器提供均匀(或者近似均匀)轮廓的光(图6b的曲线“b”)，则无需均匀化光学装置就可以将该光引导到调制器阵列上。另外，如果所发射的光的轮廓是不均匀的，但是在发射器行中从一个发射器到下一个发射器具有发射器光非均匀性的随机图案，那么来自发射器的光能够潜在地重叠，以通过平均化提供均匀的照射而无需均匀化光学装置。可是，如果发射器的光轮廓具有图案非均匀性，如通常在发射器边缘的衰减(如图6b的曲线“c”)，那么尽管平均化，如果不使用均匀化光学装置而使发射器重叠，则该衰减将重复。如果该衰减超过应用的容忍范围，那么可以通过过照射调制器阵列或者通过使用光均匀化光学装置(如蝇眼积分器或者积分棒)校正该问题。象这样光均匀化光学装置混合给定发射器发出的光与其自身，需要的是从该发射器发射的激光是多模的且充分非相干的(或者部分相干)，能够在所得到的照射中产生重叠而不再引入显著的干涉条纹。另一方面，需要一些极少量的光相干以获得有效的光调制(例如，在诸如傅立叶平面中使用Schlieren光学装置进行滤光的GLV的衍射调制器的情况下)。结果，有机激光器阵列300优选包括至少一行激光发射器，其中发射器分别是多模的，且在多个发射器上的阵列(X)方向上相位分离。如下面所述，区域激光器阵列的生成表示能够使用发射器之间相位分离或者非相干的其它组合。
如上所述，在交叉阵列(Y)方向，通常优选窄的激光发射器，以使光能够有效地耦合到包括空间光调制器阵列的像素窄线中。尽管激光发射器在交叉的阵列方向可以是多模的，但是单模高斯发射通常是优选的，如相干高斯光束比非相干光束传播更紧凑，它能进一步帮助光交叉阵列的光耦合到调制器阵列中。如上所述，当来自多个发射器的光重叠时，需要的是激光发射器从一个激光器到另一个是相位分离，以避免任何交叉的阵列方向的干扰影响。尽管可以使用诸如蝇眼积分器的光束均匀化光学装置，来使交叉阵列的光均匀化，但是，对于某些应用来说逐渐衰减(如高斯光束)的光轮廓是有利的。例如，在某些打印用途中，当涉及打印品如边界时，如果交叉阵列光轮廓逐渐而不是突变地衰减，则放松了对线性设置的允许误差。在成像系统400构造成具有2D有机激光器阵列300的情况下，优选的是从330、332、334等许多行的多个发射器发射的光束在调制器阵列处的交叉的阵列方向是重叠的，如多个重叠的非干涉高斯光束。
另外，对于一些线性空间光调制器阵列，如光栅光阀(GLV)或者保形光栅调制器而言，在扫描方向优选使用接近衍射极限的激光光束。本发明通过在交叉阵列(Y)方向锁相发射器能够实现上述功能。即通过减小窄方向的间距p2以使相邻发射器内的圆激光模之间相互作用，并且成为相干耦合而实现。锁相发射器然后在所谓的“超模”中在交叉的阵列方向发射相干光。超模与常规的激光器系统产生的横模相同，并且是本领域技术人员公知的。基模是高斯衍射极限光束(在交叉的阵列方向)，它们可以被聚焦在空间光调制器阵列上而不需要重叠各个发射器。应注意的是在锁相激光器阵列中，较高阶的超模经常占主要地位，而不是高斯基模。尽管如上所述通常利用多个超模产生干涉条纹，但是这些较高阶的超模或者多个超模也能够被聚焦到空间光调制器阵列上。可是在许多扫描用途中，在最终图像中看不见这些，这是由于扫描活动冲洗掉了具有细小间距的干涉条纹。
在交叉阵列(Y)方向锁相发射器的一个优点是为激光发射提供了更高的占空系数，因此，从有机激光器阵列300每单位面积产生较高的光输出。可是，实际上激光发射器能够被锁相的总面积受限于多种影响，包括热梯度、材料均匀性和泵浦均匀性。图4e所示的二维有机激光器阵列300表示可替换的实施例，具有锁相发射器组305，其提供高占空系数以及高的总光输出。实际上，有机激光器阵列300的每个发射器由锁相发射器组305代替。有利的是，为了本申请中描述的用途和系统，有机激光器阵列300可以构造成具有给定的锁相发射器组305，从而提供激光超模，该发射器组与附近或者相邻的第二锁相发射器组305相比具有不同的光发射性能。例如，一组锁相发射器305可以提供一种标称激光波长(例如540nm)的超模，而另一组锁相发射器305提供另一标称波长的超模，它可以是相同颜色带(例如550nm)或者是另一颜色带(例如625nm)。
图4a表示的有机激光器阵列300受到为激光器阵列提供泵浦光的光源360非常简单地照射。另外，利用电线370，图4a提供可替换的泵浦方式，有机激光器阵列300能够电泵浦而不是光泵浦，以至于输入电能激励有机增益介质发光，同时腔结构支持激光发射。可是，如上所述，出于各种原因，利用光泵浦以及有机激光器阵列是优选的，以使来自泵浦源的光λi将增益介质激励成高光发射能量状态。可是可以进一步优化光源360对有机激光器阵列300的照射、将引导到空间光调制器阵列460上的所发射的激光λc光束整形以及通过设计有机激光器阵列300，来实现提供优化的成像系统400的目的。为此，图7a到7h表示各种调制光学系统410的构造，可以有利地利用调制光学系统410以构成使用有机激光器阵列300的成像系统。
与图5所示的成像系统400比较，图7a表示了调制光学系统410的截面YZ平面图，表示空间光调制器阵列460的交叉的阵列方向的照射。因此，表示了来自有机激光器阵列300的每行激光发射器330、332、334等的单独激光发射器(例如330a)。各个激光发射器发射光，由组合微透镜阵列433器的微透镜将它们形成标称准直的光束。组合场透镜430使每个准直光束再聚焦到空间光调制器阵列460上，以提供每个激光发射器的放大图像，所述准直光束相互重叠，从而填充调制器阵列的窄宽度(40μm)。尽管图7a表示了电线370，通过该电线能够产生电泵浦有机激光器阵列300，但是图7a更详细地表示了有机激光器阵列300的光泵浦照射系统500，光泵浦照射系统500包括灯505、照射中继透镜530和照射场透镜535。
在该构造中，包括电极510和椭圆轮廓的反射器507的灯505通常是弧光灯。例如，灯可以是高压氙气短弧光灯或者高压汞短弧光灯，其安装在旋转反射器507的表面上。滤光片520除去除所需要的UV泵浦光谱带之外的光源光。在有机激光器阵列300后，该系统可包括另一滤光片，漏光源滤光片525，以除去通过激光器阵列漏过的任何剩余的泵浦光。漏光量取决于光学转换效率和激光发射器328在衬底310(图4b)有源区的占空系数。尽管氙气光源可以用于利用UV和低蓝光谱光的光泵浦，这是因为氙灯大多数发射可见光和IR光，但是光学效率非常低。由椭圆反射器粗略聚焦的所发射的光通过包括照射中继透镜530和照射场透镜535的聚集光学装置收集。这些透镜标称使有机激光器阵列被远心入射光进行泛光照射。
在上述讨论中，已经描述了本发明的有机激光器阵列300的总的性能，如涉及单独激光发射器的结构和光束性能以及整个激光器阵列，如具有激光器阵列与光学泵浦照射系统(参加图7a)的一般的结合。但是还没有全面描述两者如何能够结合，以便提供独特的和改进的成像系统。例如，参照图4a，有机激光器阵列300可构造成两行激光发射器，如330和332，将它们设计成发射630nm标称波长的红光。同样，两行激光发射器334和336可以发射540nm标称波长的绿光，而两行激光发射器338和340可以发射460nm标称波长的蓝光。因此，由光源发射非相干光，该光源在图7a的情况下是灯505，该光泵浦有机激光发射器阵列300，该阵列的发射器继而共同提供可见光谱内的各个波长的激光。该激光光束然后能够被光学地结合以形成入射到空间光调制器阵列460上的白激光。当用控制信号寻址空间光调制器阵列460的单独像素463时，且空间光调制器阵列460通过成像透镜470成像在靶平面上时，能够在靶平面提供经调制的白激光光线。如果系统进一步包括扫描器(如电流计或者多边形(图7a中未示出))，那么能够扫描该经调制的白激光光线，以提供寻址的二维图像。这种系统能够用于例如高亮度、受限的视角信号、或者可替换地用于彩色图像打印或者投影，前提是有机激光器阵列300提供的彩色光束按照颜色顺序方式变化。系统还可以构造成具有3个有机激光器阵列300，一种颜色一个阵列，用于较高功率图像打印或者图像投影的用途，其中必须连续提供每一颜色的调制信号。在进一步开发用于照射有机激光器阵列的各种构造后，将更好地解释有机激光器阵列300的各种设计和用途。
在图7a所示的系统中，有机激光器阵列300的照射很可能在几个百分比内是不均匀的。例如电极510通常在光束的中心引入阴影，该阴影会降低激光器阵列的轴向强度。另外如果弧光被成像到激光器阵列上，那么由此产生的照射通常按照类似于高斯的方式逐渐衰减。如果图7a的光泵浦照射系统构造成传统的Koehler类型系统，则对于激光器阵列交叉阵列的照射容差较松的用途而言可提供足够的均匀性。
图7b的系统表示在调制光学系统410内可替换的光泵浦照射系统500，参见横截面XZ视图。在这种情况下，图中激光发射器330中只有一行的激光发射器330a、330b、330c等是可见的。如上述讨论的，在该平面通常需要的是用均匀光照射线性空间光调制器460。为了讨论，假设在有机激光器阵列中泵浦光转换成激光的量子转换效率是高度均匀的，以使激光器阵列的均匀照射转换成该阵列上从激光发射器到激光发射器发射的均匀功率。在这种情况下，激光器阵列的照射均匀性理论上决定了调制器阵列的照射均匀性。图7b的光泵浦照射系统还包括灯505和光均匀化光学装置，在本例中是蝇眼积分器440。本领域的技术人员可以理解，蝇眼积分器将输入的光束分成许多较小的微光束(beamlets)，然后重叠它们的像从而产生均匀的照射。在图7b系统的情况下，蝇眼积分器可包括只在XZ平面中具有光焦度的圆柱形光学装置，以使有机激光器阵列仅在阵列方向的照射均匀化。另外，如果对于百分之几内的光均匀性使交叉的阵列方向的照射均匀化也是重要的，那么蝇眼积分器440可使用球面光学装置，固此沿两个子午方向提供光的均匀化。场透镜(未示出)可以放置在线性空间光调制器阵列460之前，不但向调制器阵列提供远心照射，而且可替换的，通过将光成像到该透镜的光瞳中而增强了通过成像透镜470的光耦合。
为了进一步举例说明可替换的有机激光器阵列300的光泵浦，图7b表示带灯505的调制光学系统410，其中电极510是从端部观察的横截面。这通常表示中等压强汞灯光源的用途，其具有由长弧光桥接的两个端电极，从该电极发射光束。作为另一可替换的，可以使用在两个平行的长电极之间的间隙产生光的准分子灯。与氙灯相比，中等压强汞灯和准分子灯比是高效率UV光源。利用圆柱形发射器就可以有效地实现这种灯的光收集，而不是图7a讨论的旋转反射器的表面。在图7b的情况下，灯505利用柱面椭圆形反射器507，该反射器仅在交叉的阵列方向(XZ平面)具有聚焦光的光焦度。另外，图7b的系统可使用这种伸长的UV光源，同时使用在阵列方向具有光焦度的柱面椭圆形反射器，或者柱面抛物线形反射器，或者其它轮廓的反射器。当然，图7b的系统可以构造成图7a的短弧光灯和旋转反射器的表面。
图7c的系统表示另一可替换的在调制光学系统410内的光泵浦照射系统500，参见横截面YZ视图，其中具有抛物线轮廓的反射器507的灯505用“准直”光照射有机激光器阵列300。该横截面图表示了多行激光发射器330、332、334等，如用于有机激光器阵列300的单个激光发射器(例如330a)所示。如图7a所示的系统中，电极挡光，因此在光束的中心产生一个阴影(低强度区域)，当照射光传播时该阴影只被部分填充。再者，光均匀化光学装置，如图7b表示的蝇眼积分器，可以用于在交叉的阵列方向(YZ)、阵列方向(XZ)或者该两个方向改善激光器阵列的照射。另外，散射片515，诸如Physical OpticsInc.of Torrance，CA，的全息散射片，可以用于改善激光器阵列的照射均匀性。
图7c的系统还表示为没有借助组合微透镜阵列433的操作。组合微透镜阵列433的主要功能是收集/准直具有相互不相干发射器的有机激光器阵列300发射的光，以便保持亮度和限制LaGrange。在光学系统中，术语LaGrange(或者聚光本领)涉及一个量，该量是光源空间范围(H)和光源角度范围(θ)的乘积。在有机激光器阵列的情况下，对于单个发射器的阵列方向的LaGrange是E＝H*θ＝(L/2)*α，而对于单个发射器的交叉的阵列方向的LaGrange是E＝H*θ＝(w/2)*β，其中尺寸量由图4a和4b定义。在图4a的情况下，组合微透镜阵列433标称是在交叉的阵列方向准直来自每个激光发射器的激光光束。首先，它具有将交叉阵列LaGrange限制成激光发射器行数(N)和在一行中发射器的交叉的阵列方向的LaGrange的乘积的作用，或者E＝N*(w/2)*β。同样，图7b的情况下，组合微透镜阵列433将从有机激光器阵列300收集的LaGrange限制成一行中激光发射器数(M)和一行中一个发射器的阵列方向LaGrange的乘积，或者E＝M*(L/2)*α。相反，在图7c的系统中，在没有借助组合微透镜阵列433的情况下收集来自有机激光器阵列300的光，且有效的交叉阵列LaGrange是E＝(Wa/2)*β，其中计算包括整个阵列宽度Wa，并因此包括发射器行之间间隔。结果，为图7c的情况收集的交叉阵列LaGrange((Wa/2)*β)比为图7a的情况收集的交叉阵列LaGrange(N*(w/2)*β)大得多。因此，亮度，即在发射范围(LaGrange)上收集的能量比率，对于图7a的情况比图7c的情况大得多(假设图7a和7c的有机激光器阵列300发射相同的总能量并且组合微透镜433仅从吸收或者散射引入适当的光损耗)。因此，这表明空间光调制器阵列460的亮度较高，同样在靶平面也较高。增加的亮度转换成提供较高功率密度或者降低角度范围的能力，其中之一就可改进整个系统的操作。尽管根据图7a和7b讨论的组合微透镜433表示成具有圆柱形构造(只在一轴向的光功率)，但是组合微透镜433可包括球面透镜单元，以使所收集的LaGrange在两个平面中最小。另外，应该注意有机激光器阵列300的LaGrange计算是稍微简化的。例如，在交叉的阵列方向，提供高斯光束的单模激光发射器的LaGrange可以计算成E＝λ/π，其中引入波长相关性。这表明在包括具有很多种波长(例如红光(630nm)和绿光(540nm))的激光发射器的有机激光器阵列300中，对于该阵列的总LaGrange不是发射器LaGrange和发射器个数的简单乘积。
上述讨论已假设发射器在扫描方向是相互不相干的(即不是锁相的)。在锁相的情况下，LaGrange由锁相阵列产生的超模的性质决定。对于基本超模的特殊情况，LaGrange是衍射极限的高斯光束，E＝λ/π。因此，当有机激光器阵列300在扫描方向是锁相时，在扫描方向光束合成是无用的。
在大多数系统中，尽管还可应用靶平面的约束，但是交叉的阵列方向的设计准则由光焦度要求和调制器阵列的交叉阵列LaGrange限制决定。如果允许的交叉阵列LaGrange十分大(大的像素宽度和大的NA)，那么在没有使用交叉阵列组合微透镜阵列430(如图7c)时，足以重叠交叉阵列的不相干高斯或者小模光束。如果交叉阵列的LaGrange稍微较小，那么足以重叠交叉阵列的不相干高斯光束，同时使用组合微透镜阵列430以便光学去除发射器行之间的间距(如图7a)。如果允许的交叉阵列LaGrange非常小，那么必须具有在全部激光器阵列上锁相的激光发射器，以便产生交叉阵列超模，或者具有以图4e的方式使用锁相发射器305组锁相的激光发射器。
图7d系统表示可替换的光泵浦照射系统500，其中泵浦光源是LED阵列550，用于照射有机激光器阵列300。在这种情况下，LED阵列550可以是无机固态器件，或者是有机或者聚合物器件(O-LED或者P-LED)，前提是发射的光覆盖了可见光有机激光器所需要的UV到低蓝光泵浦光谱。LED阵列550包括一连串LED发射器553，它们一般发射高度发散光。在图7d的系统中，它表示为YZ横截面图，收集来自LED发射器553的光，通过照射微透镜阵列540和照射组合透镜537在有机激光器阵列300上以重叠的方式再成像。照射场透镜535用于形成对有机激光器阵列300的标称远心的照射。如上述情况，由LED发射器553的光产生的对有机激光器阵列300的重叠泛光照射将提供冗余以防止个别发射器的故障，但是不需要提供照射均匀性。然而，再者，在YZ平面，该平面对应于调制器阵列460的交叉的阵列方向，通常需要冗余而允许非均匀性。但是，如果每个LED发射器553通常发射均匀的光，那么来自多个LED发射器的光可以在有机激光器阵列300处合并，以便提供均匀的照射。边缘衰减的影响最简单的解决办法是在LED阵列550的边缘添加额外的LED发射器，以使激光器阵列实际上被过度照射。
另外，有机激光器阵列300的均匀照射能够通过LED阵列550与蝇眼积分器440的组合来提供，如图7e的光泵浦照射系统500所示。图7e的系统表示在XZ平面配置有具有光焦度的蝇眼积分器440的光学装置，其目的是在有机激光器阵列300和空间光调制器阵列460的阵列方向标称地提供均匀照射。当然，蝇眼积分器440可以用于只在交叉的阵列方向使用在YZ平面具有光焦度的圆柱形光学装置提供均匀照射，或者使用具有球面的横截面轮廓的透镜和微透镜在阵列和交叉的阵列方向提供均匀照射。
如另一可替换的示例中，图7f表示光泵浦照射系统500的YZ平面的横截面图，其中LED阵列550在没有借助中间光学系统的情况下，直接照射有机激光器阵列300。在这种系统中，优选的是具有来自在一维或者二维照射多个激光发射器(如330a，330b，332a，332b)的任何LED发射器553的光，以提供部分泵浦源冗余，尽管该冗余比上述每个LED发射器泛光照射全部激光器阵列的示例少。图7f的系统具有更少的组件，与上述示例相比其提供较低的系统成本和更紧凑的系统。
图7b和7e的示范性的光泵浦照射系统都使用了蝇眼积分器440，来准备以所需的均匀程度照射有机激光器阵列300的光束。尽管由于蝇眼积分器的设计灵活性和性能而优选蝇眼积分器，但是可以使用包括光散射器、光纤阵列和积分棒的其它光学装置以提供均匀照射。图7g表示另一构造，其中使用积分棒(还称作光管)480来帮助提供在XZ平面(对于空间光调制器阵列460而言的阵列方向)对激光器阵列的均匀照射。聚光中继透镜485将积分棒480的输出面成像在有机激光器阵列300上，并且在场透镜(未示出)的可能辅助下改善性能。
如另一可替换的示例，图7h表示光泵浦照射系统500，其中有机激光器阵列300由泵浦激光器570照射，光束整形光学装置575改变和准备泵浦激光器570的输出光束。在这种情况下，光束整形光学装置575表示为两个透镜的简单扩束器，尽管可以使用包括单透镜、棱镜扩束器、如3透镜开普勒(Keplerian)系统的望远扩束器和如蝇眼系统的光积分器或者高斯-“顶帽”光束转换器的其它光学系统准备来自泵浦激光器570的激光光束，以便照射有机激光器阵列300。
在另一个可替换的示例中，图7i表示光泵浦照射系统500的XZ平面横截面图，其中LED阵列550是直接照射有机激光器阵列300的泵浦源，有机激光器阵列300又成像在空间光调制器阵列460上。如图所示，尽管未示出任何交叉阵列光学装置(在XZ平面的光焦度)，但是该系统是简化的并相当紧凑。该系统主要的优点是可以控制照射程度，以便补偿在空间光调制器阵列460上像素463之间调制性能的变化。更详细地讲，该系统从LED阵列550直接提供照射光束给有机激光器阵列300，没有引入均匀化光学装置。然后，通过控制LED阵列550的LED发射器553的寻址信号，故意地改变有机激光器阵列300上的照射。有机激光器阵列300发射的光，通常具有与LED阵列550发射的光匹配的轮廓。该轮廓是变化的，使有机激光器阵列300发射的光在再成像到空间光调制器460上时补偿调制器性能的变化。该系统与突变的像素到像素变化相比，通常能够更有效地补偿空间光调制器阵列460的图案性能变化。它也可以用于校正成像透镜470的渐晕和cos4θ衰减。
在有关使用有机激光器阵列300的最初讨论中，有机激光器阵列300与光泵浦结合，形成多颜色调制的激光光源，用于打印或者投影，讨论了利用设置有RGB激光发射器图案的单有机激光器阵列300的颜色顺序系统的潜在能力。参照图8a的调制光学系统410能够更好的理解。在该系统中，照射调制器555放在有机激光器阵列300之前，该调制器555调制入射的照射光。如图8a所示的例子，两个照射调制器像素(如557a和557d)控制对有机激光器阵列300的蓝激光发射器的泵浦照射。同样，其它调制器像素控制对绿和红发射器的泵浦照射。通过以颜色顺序的方式打开或关闭照射阵列的像素，可以按颜色顺序驱动对空间光调制器阵列460的净照射。在这样的系统中，将照射调制器555上的像素图案映射到具有小溢出量的有机激光器阵列300是理想的，从而使颜色串扰最小。如果需要可在照射调制器阵列555和有机激光器阵列300之间插入光学系统(未示出)，以便帮助最小化寻址的颜色串扰。照射调制器555例如可以是透射的LCD阵列器件，与预偏振滤光片560a和检偏滤光片560b组合使用。在有机激光器阵列300前设置照射调制器555通常是优选的，而不是设置在之后，这是因为可以方便地增加泵浦源的照射，以便补偿通过照射调制器555和相关滤光片产生的传输损耗。
图8b，表示的是用于图像打印机或者图像投影仪的，能够提供颜色顺序操作的第二调制光学系统410。其部分包括3个调制通道580a、580b、580c。每个调制通道具有自己的光泵浦照射系统500和有机激光器阵列300，它们发射的激光由合成棱镜655合成，从而同时照射空间光调制器阵列460。为了简化，图8b中表示的光泵浦照射系统500利用了图7f所示的紧凑系统，然而可以使用图7a-7h表示的任意光泵浦照射系统。优选的是每个光泵浦照射系统500对应于给定的颜色，以使例如系统500a提供蓝光，系统500b提供绿光，以及系统500c提供红光。图8b的合成棱镜655表示的是X棱镜(例如参照Sonehara的US专利5,098,183)，然而可以使用诸如Philips棱镜(参照DeLang的US专利3,202,039)或者交叉板等其它合成器。在任意情况下，合成器是一层或多层二向色涂层的组合，其主要根据该光的波长再引导(透射或者反射)该光。通过以周期性的方式操作LED阵列550能够提供颜色顺序操作，从而与提供给空间光调制器阵列460的图像数据相同步地从一种颜色切换到下一颜色。尽管该系统比图8a的系统更复杂，其具有潜在提供每个颜色带的多个可见激光的优点，这是因为每种颜色具有整个有机激光器阵列300作为光源。由于激光的光谱带宽能够相当窄且被精确地控制，因此合成棱镜655的设计与大多数投影系统相比是有利的。
应该理解，除图8a和图8b所示的系统之外，存在其它颜色顺序成像系统构造，其中能够有效地使用有机激光器阵列300。例如Jannsen的美国专利5,410,370描述了颜色顺序投影系统，其中光源被分成3个平行彩色光束，然后这些光束在单一的透射式LCD上滚动，该LCD提供了图像数据。有机激光器阵列300，与图8a所示的类似，能够用作美国专利5,410,370系统的滤色灯光源的替代光源。
对于最充分考虑系统的成本和大小的用途，颜色顺序系统是有利的，但是对于系统的亮度或者颜色的再现具有更高优先级的用途，这种系统是不利的。因此，图8c表示了成像系统400，与图8b所示的类似，不同之处在于每个颜色通道包括调制光学系统410，每个调制光学系统包括光泵浦照射系统500和空间光调制器阵列460。在独立地调制了3颜色通道后，合成棱镜655可以用于重新引导3光束进入公共的光学路径，然后成像透镜470能够投射3个调制器阵列的重叠图像。尽管该系统利用了3个调制器阵列460，因此由于增加了成本是不利的，但是传输的亮度至少是三倍，同时各自的彩色信号连续地传输。作为成像系统400的图示，图8c是不完整的，这是因为未示出通过在靶平面上扫描线性空间光调制器阵列460的图像产生的图像。还应该理解本申请中已经表示了作为简单的单元件透镜的成像透镜470，实际上，可以使用多元件透镜。在图8c的情况下，成像透镜470可具有置于合成棱镜655和空间光调制器阵列460之间的场透镜元件。
作为另一可替换示例，如图8d所示，单独的、多颜色有机激光器阵列300可以与三线性调制器阵列465组合，以提供独立调制的激光的3颜色线。有机激光器阵列300可包括多行激光发射器330、332、334等，在设置上某行包括红发射器、其它行包括蓝发射器，另一些行包括绿发射器。除了光泵浦照射系统不包括提供颜色顺序操作的照射调制器555而是泵浦源连续提供光以外，有机激光器阵列300与图8b提供的激光器阵列类似。来自给定颜色带(例如绿色)的某行激光发射器330的光会聚在3线性调制器阵列465的一个调制器阵列上，而来自其它颜色的激光发射器行的光束分别会聚在其它调制器阵列上。在图8d中，组合微透镜阵列433和组合场微透镜467组合使用来将光会聚在3线性调制器阵列465上。以适当同步的方式向每个调制器阵列提供各自颜色的图像数据。然后3线性调制器阵列465通过成像透镜在靶平面成像，该成像透镜表示为两个元件(场透镜470a和成像透镜470b)，其中扫描能够重建整个二维的、3颜色图像。可以单片地构建3线性调制器阵列465，或者构建成具有3个近距离间隔的独立调制器阵列460。
图8a、8b和8c表示的成像系统图示了使用一个或多个有机激光器阵列300与线性空间光调制器阵列460组合，以产生调制全色激光光线的设计概念。图9a和9b更加完整地图示了利用有机激光器阵列的成像系统在打印和投影显示用途中的潜在应用。具体地，图9a表示可用于打印的成像系统，其中打印头600包括成像透镜470，该成像透镜470将线性空间调制器阵列460的图像投射到感光介质620上。在机械框架605上构建的打印头600横向移动，而介质620由鼓610旋转，以使图像数据的打印条625写入介质620上。为了简化，有机激光器阵列300表示成由光源360光泵浦，然而在系统中可以使用图7a到7g显示的某些光泵浦照射系统。当然可替换的是，可使用电泵浦有机激光器阵列。为了利用单打印头提供全色成像，该系统要求利用3个有机激光器阵列300的多通道方法，如图8c所示，或者利用3线性调制器阵列465的系统，如图8d所示，或者具有一个或多个有机激光器阵列300的颜色顺序构造。
在上面的讨论中，已经描述了本发明有机激光器阵列300的不同性质。最初，如图4a和4b所示，讨论了有机激光器阵列300的有利结构，其包括多行激光发射器，该激光发射器在阵列方向是多模的，在与交叉阵列方向是单模的。然后参照图6a-6c讨论所发射的激光的优选光束轮廓。然后另一观点是当光重叠时，为了最小化干涉条纹的影响，即使激光发射器标称发射相同波长的光，有机激光器阵列300发射的激光在各个激光器之间相互也应是不相干(相位分离)的。随后讨论了有机激光器300的有利结构，其中给定的激光器阵列可从单一的器件提供恒定的颜色(所有绿激光光束)或者3原色的激光光束(RGB)。
可是，还需要形成一个观点，其中有机激光器阵列300的设计对成像系统400的设计提供益处。在图8b、8c和9b的在先示例中，彩色通道具有提供“红”、“绿”或“蓝”光的给定有机激光器阵列300。而且，已经给出的例子中代表性波长是630nm、540nm和460nm，其中这些激光波长中的每一个的一般带宽典型是1.0nm。包括使发射器构图、使器件构图和选择激光波长的能力的有机激光器阵列300的优点比迄今描述的具有更大的可能性。当然，在许多可视的成像系统中，有利的是提供每个光谱带的窄光谱宽度，这是因为色域的扩展以及放松了滤色片和棱镜的技术要求。另一方面，如由于来自粗糙屏幕表面的散射，当相干激光自身干涉时，窄带宽激光器(小于～3nm，特别是小于～1nm)能够受斑纹的影响。斑纹是特殊的干涉影响，它可以显著地降低均匀性。在使用光均匀化装置，如蝇眼积分器或者积分棒的代表性光泵浦照射系统500中，当来自激光发射器的光束被分开或者自身重叠时，将发生干涉。如果来自有机激光器阵列300的相邻激光发射器的光是相互不相干的，即使激光器波长标称上是相同的，也可避免干涉。来自许多发射器的光的重叠将倾向于抵消斑纹。可是，对于具有相同标称波长的相邻发射器而言存在聚集在相互相干的组中倾向，对系统的影响是将放大激光斑纹。通过设计包括带宽为4nm或者更大的激光发射器能够进一步减小激光斑纹。然而，对于图1-3描述的VCSEL结构，需要使用非常低精密度的微腔，这意味着由于通过镜面的传输损耗造成高泵浦阈值密度。另外，通过将给定颜色的定义激光波长扩展为包括多个波长能够减小斑纹。例如，绿光包括工作在多个波长的激光发射器，如540nm、545nm和550nm，优选对于每个波长具有近似相等数量的激光发射器。优选的是，激光波长约在这个10nm范围内均匀变化。再参照示例图8b、8c和9b，在给定的有机激光器阵列300中，标称发射器波长在发射器之间可以是随机或者周期性地变化的，或者在阵列上的组中变化，或者在行之间变化等。
还应该指出，有机激光器阵列300的设计，其中将两种标称激光波长控制在可见光光谱内，以及控制用于特定颜色光谱(分别为红、绿和蓝)的激光发射器的尺寸和数量，对颜色平衡提供了另外的优点。具体地，能够调节每种颜色的激光发射器328的数量，以及那些激光发射器的波长，以便提供如给定用途所需的理想的颜色平衡。例如，在打印用途中，如果介质620具有低的蓝曝光感光度，则可能需要大量的蓝发射器。
另外，图9b表示成像系统400，与图8c所示的类似，其中使用3个调制光学系统410来提供经过调制的3颜色可见激光光束作为3个颜色通道650a、650b和650c，然后通过合成棱镜655将它们合成。在这种情况下，表示了柱状目标扫描器，其中在成像透镜470后设置一个电流计扫描器660。当电流计扫描器660通过其运动而摆动时，成像光被反射出电流计反射镜665并在靶平面上扫描，以提供二维图像。如果在该靶平面设置一个屏幕，那么成像系统400是投影显示系统，但是如果提供了感光介质，那么成像系统400构成了打印系统。再次为了简化，显示了利用光源360的基本光泵浦，然而可在系统中使用图7a到7g的某些更完整的光泵浦照射系统500。
至此，已经描述了如图4a所示的有机激光器阵列300，其包括多行激光发射器330、332、334等，每行包括一连串激光发射器，如330a、330b、330c等，同时已经讨论了在整个激光器阵列上构图的各种模式结构和激光波长的各种组合，以便优化以用于不同的用途和系统构造。可是，应该理解，有机激光器阵列300的结构在其它有效方式下可以变化。尤其是，如图4c所示，有机激光器300可以包括“不定”长度的通用激光发射器328。在有关图4b的在先讨论中，所描述的通用激光发射器328具有长度(L)、宽度(w)和行内的发射器之间的间距(p)，以及激光发射器行之间的间距(p2)。可是，如果通用激光发射器328不构造成X方向的阵列图案，而是在衬底310的几乎整个长度无插入间隙地延伸，那么将形成如图4c所示的有机激光器阵列300。例如，为在Y方向的单模发射和在X方向的多模发射制造的单个通用激光发射器328可以是宽度(w)＜1-5μm，长度(L)为20mm。所发射的激光在长的方向具有最小的空间相干性，甚至可以经历成丝作用，从而降低了阵列方向的均匀性。如果来自单个通用激光发射器328的发射激光在X方向直接照射空间光调制器阵列460，或者没有进行光均匀化的情况下直接成像，那么调制器阵列将经历光轮廓的非均匀性，这就不太理想。可是，如果使用在X方向具有非常长的多模范围的通用激光发射器328的多行(N行)激光发射器330、332、334等，与组合微透镜阵列433和组合场透镜430(两者只在YZ平面具有光焦度)组合，以便重叠照射调制器阵列460，那么简化的调制光学系统410将导致符合照射均匀化的需要。在这种简化的系统中，组合微透镜阵列433是一维的，在XZ平面没有光焦度。另外，在阵列方向(相对调制器阵列的X方向)照射足够均匀的情况下，将不需要蝇眼积分器440或者积分棒480来校正泵浦光源或者有机激光的轮廓非均匀性。可是为了实现这一点，多行330、332、334的通用激光发射器328在X方向不具有任何图案误差，如在激光发射器之间的相同系统位置处出现深的激光器非均匀性。然后，N行激光发射器重叠成像将平均化单独发射器的光束轮廓，从而相当大程度上提供均匀照射和去除非均匀性的影响(取决于平均的行的数目N)。
还应该理解，尽管有机激光器阵列300通常表示成包括周期性间隔的激光发射器行(间距“p2”)，其中每行周期性包括一连串的周期性间隔(间距“p”)的激光发射器，激光发射器行和行内的激光发射器的位置可以随机地、准随机地、或者根据不同周期发生周期性变化。例如，图4d表示了可替换示例的有机激光器阵列300的部分，其中激光发射器328构成间距“p”或者给定行的起始位置，在激光发射器的行之间变化。在这种情况下，当来自多行(N行)激光发射器的光被组合和重叠以泛光照射靶平面(此处存在调制器阵列460)时，引起的照射是足够均匀的，而不用例如蝇眼积分器的均匀化光学装置。激光发射器的长度(L)在激光发射器的行中也可以是变化的。同样，作为有机激光器阵列300结构的另一示例，激光发射的标称波长对于在行中形成的激光发射器或者行之间的激光发射器而言可以随机或者非周期地变化。
为了简化，图示的各种系统都表示了线性空间光调制器阵列460作为透射器件。例如，调制器阵列460可以是透射式液晶显示器(LCD)。而液晶显示器是常见的，典型的器件是面阵列调制器，线性阵列调制器实际上未曾听说。而且，大多数LCD由入射光的偏振状态的变化来操作。尽管有机激光器阵列300设计为提供偏振激光，但是，所发射的激光通常不是偏振的。使来自有机激光器阵列300的光偏振，以使其与LCD成为一对，将会引起显著的光损耗，除非还使用偏振转换系统。因此，在这样的情况下，设计有机激光器阵列300使激光发射器328产生偏振激光是优选的。这可以通过发射器形状的设计完成，以使例如发射器的形状的不对称能够引起所发射光的偏振。另外，空间光调制器阵列460可以是不对称的Fabry-Perot标准调制器，它是透射的调制器，在透射和反射状态之间转换。Worchesky等人的美国专利5,488,504描述了这种调制器。作为另一可替换的透射式调制器，可以使用Bozler的美国专利5,233,459描述的滚动MEMS光闸调制器，因为其也是在透射和反射状态之间转换。
尽管透射式调制器阵列对于保持成像系统400相对简单是有利的，但是已经开发了更大范围的有效反射式调制器技术，其能够用于可见波长光的调制。这些器件通常使用MEMS技术制造，而不是电光的方式。可以与这些系统中的有机激光器阵列300组合的可行反射式调制器阵列包括Hornbeck的美国专利5,535,047描述的数字反射镜器件(DMD)、Bloom等人的美国专利5,311,360描述的光栅广阀(GLV)、和Kowarz的美国专利6,307,663描述的保角光束调制器。对于这些反射式调制器，各种成像系统400，如图9a所示的系统，需要适当地改变以照射反射式调制器阵列，并收集调制的成像光。所调制的成像光被引导到成像透镜470中，以使调制器阵列能够成像在靶平面上。成像系统400可以是折叠的，以允许调制的成像光收集。另外，为了保持紧凑的机械设计，成像系统400可以改进以在反射式调制器阵列上将光束偏折出主光路，以及将调制的成像光发送回主光路中。对于光栅光阀，光学系统是具有空间滤光片的Schlieren型系统，该滤光片位于或者靠近傅立叶平面，以便区分调制的成像光和非成像光。用于空间滤光的傅立叶平面典型地在成像透镜470内。对于数字反射镜器件和保角光栅调制器，可以使用具有位于调制器阵列和成像透镜470之间的空间滤光片的非Schlieren系统。

Claims (10)

1.一种有机垂直腔激光光束产生器件，包括：
a)衬底；
b)在垂直于衬底的方向发射激光的多个激光发射器，其中所述多个激光发射器内的每个激光发射器在垂直于激光方向的第一轴上具有第一横模结构，并在垂直于激光方向和所述第一轴的第二轴上具有第二横模结构，每个激光发射器包括：
i)设置在衬底顶表面的第一反射镜，其反射预定波长范围的光；
ii)用于产生激光的有机有源区；
iii)有机有源区之上的第二反射镜，其反射预定波长范围的光；和
c)泵浦装置，其激励所述多个激光发射器。
2.根据权利要求1所述的有机垂直腔激光器，其中在所述多个激光发射器内设置所述激光发射器以形成阵列，该阵列包括一个或多个平行的激光发射器行，其中在一个激光发射器行中，连续地设置一连串所述的激光发射器，从而在一个阵列方向上形成一行激光发射器；和
其中在一个交叉的阵列方向连续设置所述平行的激光发射器行。
3.根据权利要求1所述的有机垂直腔激光器，其中所述第一横模结构显示多模的激光发射特性；并且
其中每个所述激光发射器具有所述第二横模结构，其显示单模的激光发射特性。
4.根据权利要求2所述的有机垂直腔激光器，其中在每个所述平行的激光发射器行内，按照具有周期性模式的顺序设置所述激光发射器，其中每个所述激光发射器的长度和每两个相邻的所述激光发射器之间的间隙沿给定行的整个范围重复。
5.根据权利要求4所述的有机垂直腔激光器，其中所述周期性模式对于所有所述的平行激光发射器行都相同。
6.根据权利要求1所述的有机垂直腔激光器，其中由所述多个激光发射器发射的所述激光设置成在可见光光谱范围内是变化的；
其中每个所述激光发射器提供发射光谱带宽内的给定标称发射波长上的激光；并且
其中对于多个激光发射器而言所述标称发射波长在可见光光谱范围内是可变化的，以使包含一个或多个所述激光发射器的一组激光发射器的给定标称发射波长与包含一个或多个所述激光发射器的另一组激光发射器的给定标称发射波长不同。
7.根据权利要求6所述的有机垂直腔激光器，其中由所述多个激光发射器发射的所述激光设置成在可见光光谱范围内是变化的，以提供多个颜色的输出；和
其中所述多个激光发射器设置成3组激光发射器，第一组激光发射器发射光谱的蓝色部分中的标称波长的光，第二组激光发射器发射光谱的绿色部分中的标称波长的光，第三组激光发射器发射光谱的红色部分中的标称波长的光。
8.根据权利要求2所述的有机垂直腔激光器，其中所述多个激光发射器设置成3组激光发射器，以覆盖彩色光谱，第一组激光发射器发射光谱的蓝色部分中的标称波长的光，第二组激光发射器发射光谱的绿色部分中的标称波长的光，第三组激光发射器发射光谱的红色部分中的标称波长的光。
9.根据权利要求8所述的有机垂直腔激光器，其中所述激光发射器发射从红、绿、蓝光谱中选择的给定颜色光谱内的多个标称波长的激光。
10.根据权利要求8所述的有机垂直腔激光器，其中覆盖一部分彩色光谱的所述激光发射器组中的每个激光发射器组包括一个或多个激光发射器行，其中在给定激光发射器行内的所有所述的激光发射器发射给定颜色光谱内的标称波长的激光。
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