DE60013534T2

DE60013534T2 - Optisches Filter und Resonanzhohlraum-LED mit diesem Filter

Info

Publication number: DE60013534T2
Application number: DE2000613534
Authority: DE
Inventors: Peter Bienstman; Roel Baets
Original assignee: Universiteit Gent; Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC
Current assignee: Universiteit Gent; Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2020-11-01
Also published as: EP1098375A1; DE60013534D1

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System, das so ausgelegt ist, dass einen Strahl einer elektromagnetischen Strahlung mindestens geführt oder übertragen wird, wobei besagtes System aus Planarmedien besteht, genauer gesagt aus einem Stapel dielektrischer Medien mit einer Vielzahl von Werten für Brechungsindices und Dicken. Bei besagter elektromagnetischer Strahlung kann es sich um Licht handeln, und dabei wird besagtes System als ein optisches System bezeichnet.
Hintergrund der Erfindung
In jüngster Zeit haben Licht emittierende Dioden mit Hohlraumresonator an Interesse gewonnen, hauptsächlich wegen der Möglichkeit einer erhöhten Extraktionsausbeute verglichen mit LEDs in Standardausführung. Rekordausbeuten bis zu 20% werden z.B. berichtet von H. De Neve et al. in „Recycling of Guided Mode Light Emission in Planar Microcavity Light Emitting Diodes" (Recycling mit geführter Lichtemission in planaren Licht emittierenden Dioden mit Mikrohohlräumen), Applied Physics Lett., Band 70, Nr. 7, Seiten 799–801, 1997. Diese Vorrichtungen zeigen jedoch ein weites Strahlungsmuster, was sie für Faseranwendungen weniger geeignet macht.
In der Vergangenheit sind Anstrengungen unternommen worden, Licht emittierende Dioden mit Hohlraumresonatoren zu entwerfen, die ein enger gebündeltes Strahlungsmuster aufweisen, so geschildert von R. Bockstaele et al. in „Resonant Cavity LEDs Optimized for Coupling to Polymer Optical Fibers" (Optimierte LEDs mit Hohlraumresonatoren zum Zusammenkuppeln mit optischen Fasern aus Polymermaterial), IEEE Phot. Techn. Lett., Band 11, Seiten 158–160, 1999. Dieser Ansatz beinhaltet das Wachsen eines unzureichend abgestimmten Hohlraumes, d.h., eines Hohlraumes, der verglichen mit der Resonanzwellenlänge zu kurz ist. Dies liefert enger gebündelte Strahlungsmuster, aber leider zu Lasten einer jeweils geringeren Extraktionsausbeute, weil die Mikrohohlraumresonanz nur einen begrenzten, untergeordneten Teil des von der aktiven Schicht emittierten Spektral- und Winkelspektrums verbessert.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, ein System mit Eigenschaften zu liefern, die bei der Herstellung von Hohlraumresonatoren mit eng gebündeltem Strahlungsmuster genutzt werden können.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein System zum Führen eines Strahles einer elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge λ₀ im Vakuum wird in Anspruch 1 gemäß der Erfindung definiert.
Eine Licht emittierende Diode mit Hohlraumresonator gemäß der Erfindung wird in Anspruch 7 definiert.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen ersten Stapel (100), bestehend aus einem ersten Unterstapel (120) und einem zweiten Unterstapel (130). Besagter erster und zweiter Unterstapel sind durch einen dritten Unterstapel (140) getrennt. Besagte Unterstapel enthalten dielektrische Schichten. In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein zweiter Stapel (110) von dielektrischen Schichten vorhanden, der mit dem ersten besagten Stapel verbunden ist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird an besagtem zweiten Stapel eine Schicht (150) befestigt, die eine elektromagnetische Strahlung erzeugt. In noch einer anderen Ausführungsform der besagten Schicht, die eine elektromagnetisches Strahlung erzeugt, wird eine dritte Struktur (160) befestigt; bei besagter dritten Struktur kann es sich um einen Metallreflektor oder ein Beugungsgitter handeln, sie muss aber darauf nicht begrenzt sein.
2 zeigt den TE-Reflexionsgrad des Systems sowohl nach Amplitude (%) als auch nach Phase (Grad), bestehend aus besagtem ersten Stapel und besagtem zweiten Stapel für den normalen Einfall besagter Strahlung aus Richtung des besagten zweiten Stapels. Die durchgezogene Linie zeigt die vorliegende Erfindung, die gestrichelte Linie zeigt den Reflexionsgrad eines herkömmlichen DBR-Spiegels. Hier beträgt die Wellenlänge λ₀ im Vakuum der besagten Strahlung 980 nm, die bei dieser Ausführungsform benutzten Brechungsindices sind n₁ = 1,55, n₂ = 3,5. Die negative äquivalente Eindringtiefe oder Negativphase ist charakteristisch für die Erfindung.
3 zeigt auf der linken Seite RCLEDs der früheren Technik und auf der rechten Seite eine RCLED mit dem System gemäß der Erfindung, das beinhaltet: einen Metallreflektor, eine Schicht oder einen Hohlraum zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung, einen zweiten Stapel, hier bestehend aus einer dielektrischen Schicht, einem ersten Stapel bestehend aus einem ersten Unterstapel, einem zweiten Unterstapel und einem dritten Unterstapel. Besagter erster und zweiter Unterstapel enthalten hier drei dielektrische Schichten, besagter dritter Unterstapel enthält eine dielektrische Schicht. Besagtes System ist auf einem Substrat (170) befestigt.
4 zeigt ein schematisches k-Diagramm für eine RCLED der früheren Art (gestrichelte Linie) und gemäß dem System der Erfindung (durchgezogene Linie). Die negative äquivalente Eindringtiefe nach dem System der Erfindung ergibt mindestens mehr als eine Überschreitung der Kreislinie, was die spontane Emission und die Reflexionseigenschaften des Systems darstellt. Deshalb wird mindestens mehr als eine Resonanzbedingung gefunden.
5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Beugungsgitter ausgenutzt wird, um die Resonanz in einer nicht normalen Richtung zu ermöglichen. Besagte Ausführungsform bestehend aus besagtem ersten Stapel, einer Schicht zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung und einem Beugungsgitter. Nachdem besagter erster Stapel für den normalen Einfall durchlässig ist und für den nicht normalen Einfall stark reflektierend wirkt, wird ein derartiges Entkoppeln zwischen der Resonanz in einer Richtung und der Transportieren der resultierenden elektromagnetischen Strahlung in Richtung des Substrats (170) außerhalb des Hohlraums (180) ermöglicht.
Detaillierte Beschreibung
Obwohl die detaillierte Beschreibung und mehrere Ausführungsformen der Erfindung nachstehend beschrieben sind, wird der Anwendungsbereich der Erfindung nur durch die Ansprüche festgelegt.
Das erfundene System führt eine elektromagnetische Strahlung. Besagtes Führen der Strahlung kann auch als Übertragung einer Strahlung bezeichnet werden. Besagtes System beinhaltet Planarmedien. Besagtes System beinhaltet einen Stapel von dielektrischen Schichten mit einer Vielzahl von Brechungsindices und Schichtdicken besagter Schichten.
Bei besagtem System kann mindestens ein erster Stapel mit dielektrischen Schichten und den folgenden Merkmalen unterschieden werden. Der besagte erste Stapel, enthält mindestens einen ersten Unterstapel, einen zweiten Unterstapel und einen dritten Unterstapel, welcher besagten ersten vom zweiten Unterstapel trennt. Besagter erster Unterstapel enthält eine Vielzahl von dielektrischen Schichten, besagter zweiter Unterstapel enthält eine Vielzahl von dielektrischen Schichten. Dielektrische Schichten von besagtem ersten Unterstapel und besagtem zweiten Unterstapel, welche denselben Abstand von besagtem dritten Unterstapel besitzen, stehen in der Weise miteinander in Beziehung, dass sie mindestens denselben Brechungsindex aufweisen. Mehr noch, die Summe der Dicken der dielektrischen Schichten des besagten ersten Unterstapels und des besagten zweiten Unterstapels, welche denselben Abstand von besagtem dritten Unterstapel aufweisen, ist ein Vielfaches der Hälfte der Wellenlänge im Vakuum der besagten Strahlung, geteilt durch den Brechungsindex besagter dielektrischer Schichten des ersten besagten Unterstapels und des besagten zweiten Unterstapels, welche denselben Abstand von besagtem dritten Unterstapel aufweisen. In 1 werden die besagten Schichten des ersten Unterstapels als B-Schichten bezeichnet, besagte Schichten des zweiten Unterstapels als D-Schichten und besagte Schichten des dritten Unterstapels als C-Schichten. In 1 enthält besagter dritter Unterstapel 1 Schicht, aber die Erfindung ist darauf nicht begrenzt.
Bei besagten dielektrischen Schichten kann es sich um Halbleitermaterial handeln wie z.B. Al (x) Ga (1-x) As oder InP, darauf ist das Material aber nicht beschränkt. Dielektrische Schichten mit Brechungsindices zwischen 2,9 und 3,6 können verwendet werden, aber die Erfindung ist hierauf nicht beschränkt.
Die Dicken d der Schichten in besagtem ersten (B) und zweiten (D) Unterstapel werden durch die folgenden Gleichungen erfüllt, wobei n_x besagten Brechungsindex der Schicht x bezeichnet, während die Wellenlänge λ₀ im Vakuum der besagten Strahlung bezeichnet. dBi + dDi = kt · λ0/2nBi, wobei i = 1 ... m und ki = 1,2,...
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung erfüllt die Dicke d des besagten dritten Unterstapels C die nachstehende Gleichung. Besagter dritter Unterstapel enthält mindestens eine dielektrische Schicht mit dem Brechungsindex n_c mit einer Dicke, die gleich ist dem Vielfachen der Hälfte der Wellenlänge im Vakuum der besagten Strahlung geteilt durch n_c. dc = l · λ0/2nc, wobei l = 1, 2,...
Unter diesen Bedingungen ist die Übertragungsmatrix für den normalen Einfall für besagten ersten Stapel immer die Einheitsmatrix, was bedeutet, dass für den besagten normalen Einfall besagter erster Stapel vollständig durchlässig oder undurchlässig ist.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung enthält besagtes System darüber hinaus einen zweiten Stapel dielektrischer Schichten. Die Anzahl und Dicke der Schichten in besagtem Stapel sind vollkommen willkürlich. 1 zeigt, dass besagter zweiter Stapel auf besagtem ersten Stapel darüberliegend angeordnet und somit auf besagtem ersten Stapel befestigt ist. Allerdings sind bei der Erfindung alternative Lageanordnungen des besagten ersten und zweiten Stapels möglich, beispielsweise kann die Lage des besagten ersten Stapels mit der des besagten zweiten Stapels ausgetauscht werden.
Mehr noch, die besagte Reihenfolge der Schichten bestehend aus besagtem ersten und zweiten Stapel kann in einer willkürlichen Anzahl von Fällen wiederholt werden, falls notwendig mit unterschiedlichen Materialparametern bei jeder Wiederholung.
In einer Ausführungsform besagter zweiter Ausführungsform enthält das besagte System auf diese Art eine periodische Wiederholung des besagten ersten und besagten zweiten Stapels.
In einer weiteren Ausführungsform der besagten zweiten Ausführungsform in besagtem System mit periodischen Wiederholungen sind die Brechungsindices besagter dielektrischer Schichten für mindestens zwei Wiederholungsfälle unterschiedlich.
In einer anderen Ausführungsform besagter zweiter Ausführungsform enthält besagtes System mindestens eine periodische Wiederholung des besagten ersten Stapels.
In einer weiteren Ausführungsform besagter zweiten Ausführungsform in besagtem System mit periodischer Wiederholung des besagten ersten Stapels sind die Brechungsindices besagter dielektrischer Schichten für mindestens zwei Wiederholungsfälle unterschiedlich.
Entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung werden die Parameter des besagten Stapels besagter dielektrischer Schichten, sowohl besagter erster Stapel als auch besagter zweiter Stapel so ausgewählt, dass sie gemeinsam wirkend einen starken Reflexionsgrad der besagten Strahlung für einen von der Achse abweichenden Einfall liefern, einen mittelstarken Reflexionsgrad der besagten Strahlung für den normalen Einfall und eine negative äquivalente Eindringtiefe nach erfolgter Reflexion besagter Strahlung.
Es kann betont werden, dass besagter erster Stapel zum Erzielen eines starken Reflexionsgrades der besagten Strahlung für einen von der Achse abweichenden Einfall ausgelegt ist und zwecks Umsetzung einer negativen äquivalenten Eindringtiefe nach erfolgter Reflexion besagter Strahlung ausgelegt ist, während besagter zweiter Stapel zum Zweck eines mittelstarken Reflexionsgrades besagter Strahlung für den normalen Einfall ausgelegt ist. Somit kann ein derartiger besagter zweiter Stapel von dielektrischen Schichten als solcher für normale einfallende Strahlung als im wesentlichen reflektierend charakterisiert werden. Besagter erster Stapel von dielektrischen Schichten kann als im wesentlichen durchlässig für normale einfallende Strahlung und als im wesentlichen reflektierend für eine einfallende und von der Achse abweichende Strahlung charakterisiert werden. So kann man bei der Erfindung ein räumliches Entkoppeln der Funktionsweisen erkennen. Mehr noch, die Ausnutzung der Phasencharakteristik des besagten Reflexionsgrades derartiger Systeme ist in Fachkreisen nicht bekannt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besagter dritter Ausführungsform werden besagte Parameter des besagten ersten Stapels so ausgewählt, dass der Reflexionsgrad besagter Strahlung für den normalen Einfall gleich Null ist, während er für einen von der Achse abweichenden Einfall sehr stark ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besagter dritter Ausführungsform ersetzt der besagte Stapel mit dem besagten starken Reflexionsgrad für einen von der Achse abweichenden Einfall, dem besagten mittelstarken Reflexionsgrad für den normalen Einfall und der besagten negativen äquivalenten Eindringtiefe einen herkömmlichen DBR-Reflektor einer Licht emittierenden Diode mit Mikrohohlraum. Der besagte starke Reflexionsgrad für einen von der Achse abweichenden Einfall sorgt für ein eng gebündeltes Strahlungsmuster, während besagte negative äquivalente Eindringtiefe zusätzliche Resonanzen in dem Extraktions-Kegel schafft und dadurch die Wirksamkeit der Extraktionsausbeute verstärkt. Verglichen mit herkömmlichen DBR-Reflektoren ist der besagte Reflexionsgrad als eine Funktion des Winkels des besagten Stapels so beschaffen, dass die Existenz von Leckwellen stark unterdrückt wird, wobei die Ausbeute des Photon-Recycling-Mechanismus verstärkt wird. So ein System kann dadurch gekennzeichnet sein, dass es mindestens eine Schicht zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung enthält. Ferner ist besagte Schicht zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung an einer Seite des besagten zweiten Stapels von dielektrischen Schichten befestigt. Das System wird auf diese Weise an den Betrieb als Emissionsgerät für elektromagnetische Strahlung angepasst.
Gemäß einer nochmals anderen Ausführungsform besagter dritter Ausführungsform wird besagter erster Stapel mit dem besagten Null-Reflexionsgrad bei normalem Einfall und mit dem besagten starken Reflexionsgrad für einen von der Achse abweichenden Einfall als ein verlustloser Entkoppelungsspiegel in einer Oberflächenemissionsvorrichtung mit Mikrohohlraum verwendet. In dieser speziellen Ausführungsform koppelt eine andere periodisch wiederkehrende Struktur einen oder mehrere geführte Modi an Modi, die sich in einer Richtung ausbreiten, die sich im wesentlichen normal zur Oberfläche befindet. Bei besagten geführten Modi, die sich mit abweichender Achse ausbreiten, zeigt sich ein starker Reflexionsgrad nach Einfall bei besagtem Entkoppelungsspiegel, wodurch große Q-Faktoren für den Hohlraum entstehen.
Gemäß einer vierten Ausführungsform des erfundenen Systems enthält besagter zweiter Stapel von dielektrischen Schichten eine alternierende Reihenfolge von dielektrischen Schichten mit den Brechungsindices n₁ und n₂. Die Dicke jeder der besagten dielektrischen Schichten beträgt ein Viertel der Wellenlänge im Vakuum der besagten Strahlung geteilt durch den Brechungsindex der entsprechenden dielektrischen Schicht. Besagter zweiter Stapel dielektrischer Schichten kann als ein herkömmlicher DBR-Stapel von alternierenden Schichten mit den Brechungsindices n₁ und n₂ charakterisiert werden, wobei jeder eine optische Schichtdicke von einem Viertel der Wellenlänge aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besagter vierten Ausführungsform besteht besagter zweiter Stapel von dielektrischen Schichten aus einer dielektrischen Schicht mit dem Brechungsindex n₁ und die Dicke besagter dielektrischer Schicht beträgt ein Viertel der Wellenlänge im Vakuum der besagten Strahlung geteilt durch n₁.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besagter vierter Ausführungsform des erfundenen Systems besteht der erste Unterstapel (B) des besagten ersten Stapels aus einem DBR-Stapel mit den selben Materialien wie besagter zweiter Unterstapel, der somit die Indices n₁ und n₂ besitzt. Besagter erster Unterstapel besitzt eine ungerade Gesamtzahl von Schichten m. Besagter dritter Unterstapel (C) besitzt eine optische Dicke von der Hälfte der Wellenlänge, während besagter zweiter Unterstapel (D) dann das Spiegelbild von besagtem ersten Unterstapel (B) ist. Vorausgesetzt, dass besagte Gesamtzahl der Schichten m groß genug ist, und/oder dass der Gegensatz bei den Brechungsindices in besagtem erstem Unterstapel groß genug ist, wird der besagte Reflexionsgrad von besagter Strahlung eine negative äquivalente Eindringtiefe aufweisen, d.h., ein negativer Anstieg der Phase des besagten Reflexionskoeffizienten der besagten Strahlung als Funktion des Einfallswinkels in dem Bereich um den normalen Einfall unter der Annahme einer Zeitvereinbarung gemäß exp (jω t). Es ist diese negative äquivalente Eindringtiefe, die man zum Zweck der Nutzung der Erfindung bei einer LED mit Mikrohohlraum erkennen muss.
In dem speziellen Fall besteht besagter zweiter Stapel aus einer einzelnen Schicht (A) mit ¼ der Wellenlänge des Materials mit besagtem Index n₁, und besagter erster Unterstapel (B) besteht aus einer Schicht mit j der Wellenlänge der alternierenden, besagten Indices n₂ -n₁ -n₂. Besagter dritter Unterstapel (C) besteht aus einer Schicht mit ½ der Wellenlänge des Materials mit besagtem Index n₁, während besagter zweiter Unterstapel (D) die gleiche Struktur besitzt wie besagter erster Unterstapel (B). 2 vergleicht die Reflexionsmerkmale des besagten Stapels bestehend aus besagten Unterstapeln A, B, C und D mit denen einer herkömmlichen DBR-Struktur, die nur besagten Stapel A enthält und nicht besagte Stapel B, C oder D. Beide Strukturen sind in ein Medium mit besagtem Index n₁ eingebettet. Obwohl besagter erster Stapel und besagter zweiter Stapel für besagtes Merkmal nicht wiederholt werden, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt.
Es ist klar, dass die vorliegende Erfindung einen viel größeren Reflexionsgrad für einen von der Achse abweichenden Einfall liefert, während die Möglichkeit eines willkürlichen Reflexionsgrades für den normalen Einfall erhellten bleibt, indem man die Anzahl der Schichten in besagtem zweiten Stapel A auswählt. Dies steht im Gegensatz zu besagtem herkömmlichen DBR-Spiegel, wobei das Erhöhen der Anzahl der Schichten zu einer Erhöhung des Reflexionsgrades für beide, nämlich sowohl für besagten normalen Einfall als auch für einen von der Achse abweichenden Einfall, führt. Mehr noch, das Ansteigen besagter Reflexionseigenschaft als Funktion des Einfallswinkels besagter Strahlung ist bei der vorliegenden Erfindung unterschiedlich, verglichen mit besagtem herkömmlichen DBR-Spiegel, der zu einer negativen äquivalenten Eindringtiefe führt.
Bei einer besonders viel versprechenden, weiteren Ausführungsform ersetzt besagte Struktur der besagten vierten Ausführungsform einen herkömmlichen DBR-Spiegel in einer Licht emittierenden Vorrichtung mit Mikrohohlraum. Diese Vorrichtung wird von jetzt ab als eine RC²LED bezeichnet, während die bekannte Vorrichtung mit besagtem DBR-Reflektor als RCLED bezeichnet wird. Besagte Bezeichnung RC²LED stammt von der Anwesenheit von zwei Hohlraumresonatoren (RC), wobei einer den Bereich zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung enthält wie in besagter RCLED und einem Hohlraumresonator (RC), der in dem Reflektor benutzt wird. Die allgemeinen Merkmale von besagten zwei Klassen von Vorrichtungen werden verglichen, indem man die spezifischen, aber nicht begrenzenden Beispiele der in 3 dargestellten Vorrichtungen benutzt.
Bei einem weiteren speziellen, aber nicht begrenzenden Beispiel besitzen besagte Vorrichtungen eine Grundemission bei 980 nm, einen oberen Metallspiegel (n = 0,2 – 6,5 j) mit einer Verdoppelung als Stromkontakt, einen Hohlraumresonator mit 189 nm GaAs (n = 3,5) und eine QW-Emission mit 980 nm in einem Feldmaximum gelegen. Besagte Brechungsindices am Bodenreflektor betragen n₁ = 1,55 und n₂ = 3,5. Da die Übertragung besagter Struktur nur in einem kleinen Kegel um den normalen Einfall signifikant ist, wird das Strahlungsmuster besagter RC²LED viel enger begrenzt und gezielter ausgerichtet sein als vergleichsweise mit besagter RCLED. Mehr noch, besagte negative äquivalente Eindringtiefe verursacht zusätzliche Resonanzen in dem Extraktionskegel, was zu einer stärkeren Extraktionsausbeute führt. Die Anwesenheit zusätzlicher Resonanzen ist darüber hinaus in 4 dargestellt, wo k-Vektordiagramme für besagte RCLED und besagte RC²LED verglichen werden. Schnittpunkte des Wirkungsbereichs, der die spontane Emission darstellt und der Oberfläche, welche die Resonanzbedingung darstellt, entsprechen einer in ihrer Resonanz verbesserten Emissionsstrahlung. Beide Vorrichtungen besitzen eine Resonanz für den normalen Einfall (θ = 0), aber besagte RC²LED zeigt eine zweite Resonanz wegen der negativen äquivalenten Eindringtiefe. Das System kann als ein System charakterisiert werden, bei dem die äquivalente Eindringtiefe der besagten Strahlung negativ ist.
Die optischen Eigenschaften besagter RCLED und besagter RC²LED so wie in besagtem speziellen, jedoch nicht begrenzenden Beispiel der 3 wurden simuliert unter der Annahme, die emittierenden Dipole sind parallel zur Grenzfläche in besagtem Stapel orientiert, wobei besagte Dipole ein Gauss'sches spontanes Emissionsspektrum mit einem FWHM von 45 nm besitzen, bei 980 nm zentriert sind, wobei eine AR-Schicht auf dem Substrat fehlt und der Photon-Recycling-Effekt auch fehlt. Beide Vorrichtungen zeigen eine Extraktionsausbeute von etwa 18%, aber das Strahlungsmuster besagter RC²LED ist viel enger. Für besagte RCLED fallen nur 34% des in die Luft emittierten Lichts innerhalb eines NA von 0,5, während diese Zahl für besagte RC²LED immerhin 52% beträgt. Darüber hinaus ist es interessant anzumerken, dass die Phase der Reflexion besagter Struktur für den normalen Einfall als eine Funktion der Wellenlänge auch einen negativen Anstieg zeigt. Dies erzeugt zusätzliche Resonanzen im Bereich der Wellenlänge, was zu einem optischen Spektrum mit mehrfachen Spitzenwerten führt. Mehr noch, in besagter RC²LED ist die Anwesenheit von Leckwellen verglichen mit besagten herkömmlichen RCLEDs signifikant unterdrückt, sogar wenn besagte RCLEDs eine größere Zahl von Paaren bei besagtem DBR-Reflektor benutzen. Dies erhöht die Ausbeute des Photon-Recycling-Effekts. Man soll beachten, dass für die konstruktive Auslegung der Vorrichtungen wie z.B. das Ändern der Hohlraumlänge oder der Lage der aktiven Schicht die gleichen Freiheitsgrade in gleich guter Art und Weise für besagte RC²LED wie für besagte RCLED gelten.
In einer fünften Ausführungsform der Erfindung fehlt besagter zweiter Stapel dielektrischer Schichten, der als Stapel A bezeichnet ist, was zu einer Struktur führt, die besagten ersten Stapel enthält, der für den normalen Einfall der besagten Strahlung vollkommen durchlässig ist, aber einen starken Reflexionsgrad der besagten Strahlung für einen von der Achse abweichenden Einfall zeigt.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Stapel der fünften Ausführungsform als verlustloser Entkoppelungsspiegel in einer Oberflächenemissionsvorrichtung mit Mikrohohlraum angewandt. Besagte Vorrichtung mit Mikrohohlraum beinhaltet darüber hinaus eine periodische Struktur, die einen oder mehrere geführte Modi an Modi, die sich in einer Richtung ausbreiten, die sich im wesentlichen normal zur Oberfläche befindet, koppelt. Bei besagten geführten Modi, die sich mit abweichender Achse ausbreiten, zeigt sich ein starker Reflexionsgrad nach Einfall bei besagtem Entkoppelungsspiegel, wodurch große Q-Faktoren für den Hohlraum, aber gleichzeitig sehr geringe Entkoppelungsverluste entstehen.
Das erfundene System kann als ein System zur Übertragung einer elektrischen Strahlung beschrieben werden, wobei besagtes System einen Stapel dielektrischer Medien enthält, mit einer Vielzahl von Brechungsindices und Schichtdicken, wobei besagter Stapel besagter dielektrischer Medien einen oder mehrere Unterstapel enthält, die eine Durchlässigkeit zeigen nach normalem Einfall besagter dielektrischer Strahlung, wobei die Parameter des besagten Systems ferner so ausgewählt werden, dass sie in gemeinsamer Wirkung einen starken Reflexionsgrad bei einem von der Achse abweichenden Einfall der besagten Strahlung, einen willkürlichen Reflexionsgrad bei normalem Einfall der besagten Strahlung und eine negative äquivalente Eindringtiefe der besagten Strahlung bewirken. Besagter Stapel kann als Spiegel in einer Vorrichtung mit Mikrohohlraum benutzt werden. Besagter Stapel kann auch als Spiegel in einer Licht emittierenden Diode mit Mikrohohlraum benutzt werden. Besagter Spiegel sorgt für ein enges Strahlungsmuster und/oder eine hohe Extraktionsausbeute.
Das besagte erfundene System kann alternativ als System zur Übertragung einer elektromagnetischen Strahlung beschrieben werden, wobei das besagte System einer Stapel dielektrischer Medien mit einer Vielzahl von Brechungsindices und Schichtdicken enthält, wobei die Parameter des besagten Systems ferner so ausgewählt werden, dass besagter Stapel der besagten dielektrischen Medien vollständig durchlässig ist für den normalen Einfall von besagter dielektrischer Strahlung, und so, dass besagter Stapel der besagten dielektrischen Medien einen starken Reflexionsgrad bei einem von der Achse abweichenden Einfall aufweist. Besagter Stapel kann wiederum als Spiegel in einer Vorrichtung mit Mikrohohlraum verwendet werden oder als Entkoppelungsspiegel bei einer Oberflächenemissionsvorrichtung mit Mikrohohlraum. Benutzt man besagten Stapel in besagter Vorrichtung mit Mikrohohlraum, dann kann die besagte Vorrichtung darüber hinaus eine periodische Struktur enthalten, die einen oder mehrere geführte Modi an Modi, die sich in einer Richtung ausbreiten, die sich im wesentlichen normal zur Oberfläche befindet, koppelt.
Die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung in dem System gemäß der Erfindung kann im Bereich der Mikrowellenstrahlung liegen. Besagtes System kann auch in Mikrowellenantennen integriert werden.

Claims

System, welches zum Führen eines Strahles einer elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge λ_o im Vakuum ausgelegt ist, wobei dieses System umfasst: – einen ersten Stapel (100) von dielektrischen Schichten, wobei der besagte erste Stapel enthält: – einen ersten Unterstapel (120) von dielektrischen Schichten, – einen zweiten Unterstapel (130) von dielektrischen Schichten, und – einen dritten Unterstapel (140), welcher jenen ersten und jenen zweiten Unterstapel voneinander trennt, und welcher mindestens eine dielektrische Schicht aufweist; wobei die dielektrischen Schichten des besagten ersten Unterstapels (120) und des besagten zweiten Unterstapels (130), welche denselben Abstand von dem besagten dritten Unterstapel (140) aufweisen, denselben Brechungsindex besitzen; wobei die Summe der Dicke der dielektrischen Schichten des besagten ersten Unterstapels und des besagten zweiten Unterstapels, welche denselben Abstand von dem besagten dritten Unterstapel aufweisen, ein Vielfaches darstellt von der Hälfte der Wellenlänge λ_o im Vakuum geteilt durch den Brechungsindex der besagten dielektrischen Schichten; wobei die Dicke des besagten dritten Unterstapels wesentlich verschieden ist von einem Viertel der Wellenlänge λ_o im Vakuum geteilt durch den Brechungsindex der besagten einen dielektrischen Schicht des besagten dritten Unterstapels; – wobei der besagte erste Unterstapel und der besagte zweite Unterstapel eine ungerade Anzahl von dielektrischen Schichten mit den Brechungsindices n₁ und n₂ aufweisen, welche sich im wesentlichen dadurch voneinander unterscheiden, dass die äquivalente Eindringtiefe des besagten Strahles negativ ist.
System gemäß Anspruch 1, wobei der besagte erste Unterstapel eine erste und eine zweite Schicht mit einem Brechungsindex n₂ und eine dritte Schicht mit einem Brechungsindex n₁ umfasst, wobei die besagte erste und die besagte dritte Schicht gegenseitig aneinander befestigt sind, wobei die besagte zweite und die besagte dritte Schicht gegenseitig aneinander befestigt sind und wobei die besagte erste und die besagte zweite Schicht nicht gegenseitig aneinander befestigt sind.
System gemäß Anspruch 1, wobei der besagte erste Unterstapel eine Verkettung von einer ersten Schicht mit dem Brechungsindex n₂, von einer zweiten Schicht mit dem Brechungsindex n₁ und von einer dritten Schicht mit einem Brechungsindex n₂ darstellt.
System gemäß Anspruch 3, wobei der besagte dritte Unterstapel aus einer dielektrischen Schicht mit dem Index n₁ besteht.
System gemäß Anspruch 1, wobei der besagte erste Stapel aus dielektrischen Schichten im wesentlichen durchlässig ist für eine normale einfallende Strahlung und im wesentlichen reflektierend ist für eine einfallende und von der Achse abweichende Strahlung.
System gemäß Anspruch 1, wobei der besagte dritte Unterstapel aus einer einzelnen dielektrischen Schicht besteht mit einem Brechungsindex n_c mit einer Dicke, welche die gleiche ist wie ein Vielfaches der Hälfte der Wellenlänge λ_o im Vakuum geteilt durch n_c.
Licht emittierende Diode mit einem Hohlraumresonator, welche ein System gemäß Anspruch 1 umfasst und welche ferner einen zweiten Stapel (110) von dielektrischen Schichten und mindestens eine eine elektromagnetische Strahlung erzeugende Schicht (150) umfasst, wobei eine Seite der besagten eine elektromagnetische Strahlung erzeugenden Schicht an dem besagten zweiten Stapel von dielektrischen Schichten befestigt ist.
Licht emittierende Diode mit einem Hohlraumresonator gemäß Anspruch 7, wobei der besagte zweite Stapel (110) von dielektrischen Schichten zwischen dem besagten ersten Stapel von dielektrischen Schichten und der besagten eine elektromagnetische Strahlung erzeugenden Schicht liegt.
Licht emittierende Diode mit einem Hohlraumresonator gemäß Anspruch 7, wobei eine Seite der besagten eine elektromagnetische Strahlung erzeugenden Schicht an dem besagten ersten Stapel von dielektrischen Schichten befestigt ist.
Licht emittierende Diode mit einem Hohlraumresonator gemäß den Ansprüchen 7 oder 8, welche eine periodische Wiederholung von dem besagten ersten und dem besagten zweiten Stapel umfasst.
Licht emittierende Diode mit einem Hohlraumresonator gemäß Anspruch 10, wobei der Brechungsindex der besagten dielektrischen Schichten für mindestens zwei Wiederholungen verschieden ist.
Licht emittierende Diode mit einem Hohlraumresonator gemäß den Ansprüchen 7 oder 8, welche mindestens eine periodische Wiederholung des besagten ersten Stapels umfasst.
Licht emittierende Diode mit einem Hohlraumresonator gemäß Anspruch 12, wobei der Brechungsindex der besagten dielektrischen Schichten für mindestens zwei Wiederholungen verschieden ist.
System oder eine Licht emittierende Diode mit einem Hohlraumresonator gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der besagte erste Stapel von dielektrischen Schichten eine normale Inzidenzmatrix aufweist, welche im wesentlichen die gleiche ist wie die Einheitsmatrix.
Licht emittierende Diode mit einem Hohlraumresonator gemäß Anspruch 7, wobei mindestens eine Schicht des besagten ersten oder des besagten zweiten Stapels eine Dicke aufweist, welche im wesentlichen verschieden ist von einem Viertel der Wellenlänge λ_o im Vakuum geteilt durch den Brechungsindex der besagten Schicht aus dem besagten ersten oder dem besagten zweiten Stapel.