EP1044488A1 - Laser mit einem organischen emittermaterial und verteilter rückkopplung - Google Patents

Laser mit einem organischen emittermaterial und verteilter rückkopplung

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EP1044488A1
EP1044488A1 EP98966858A EP98966858A EP1044488A1 EP 1044488 A1 EP1044488 A1 EP 1044488A1 EP 98966858 A EP98966858 A EP 98966858A EP 98966858 A EP98966858 A EP 98966858A EP 1044488 A1 EP1044488 A1 EP 1044488A1
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EP
European Patent Office
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laser according
emitter material
laser
emitter
refractive index
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98966858A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Feldmann
Andreas Haugeneder
Wolfgang Spirkl
Volker Wittwer
Martin Hilmer
Ulrich Lemmer
Christian Kallinger
Andreas Gombert
Ullrich Scherf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19805993A external-priority patent/DE19805993A1/de
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP1044488A1 publication Critical patent/EP1044488A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/0632—Thin film lasers in which light propagates in the plane of the thin film
    • H01S3/0635—Thin film lasers in which light propagates in the plane of the thin film provided with a periodic structure, e.g. using distributed feed-back, grating couplers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/168—Solid materials using an organic dye dispersed in a solid matrix

Definitions

  • the invention relates to a laser made of an organic emitter material and distributed feedback.
  • conjugated polymer layers are capable of stimulated emission.
  • lasers are known in which the laser material is not an organic material, which generate a large-area laser beam by means of distributed feedback.
  • the invention is based on the knowledge that lasers with an organic emitter material are particularly suitable for the production of lasers with distributed feedback, since the organic material can be easily produced over a large area and in any shape.
  • the invention has for its object to provide a laser with an organic emitter material and distributed feedback, which is simple, and which can be excited in a variety of ways.
  • the laser consists of at least one organic emitter material capable of stimulated light emission, which is flat, and means for optical, electrical and / or chemical pumping of the emitter material, in which waveguide modes exist in the emitter material, and the laser structure is periodically spatially modulated.
  • the invention is based on the following basic idea:
  • An organic material capable of stimulating light emission (hereinafter also referred to as emitter material) is preferably arranged as a thin film on a substrate within a multilayer system, since then the waveguide in the emitter layer can be easily achieved by dielectric layers with a suitable refractive index and / or adjacent to the emitter layer. or can be achieved through metallic films.
  • boundary layers The layers or multilayer systems adjoining the emitter material are referred to below as boundary layers.
  • both surfaces of the emitter material are in contact with boundary layers.
  • a boundary layer can be a substrate on which the active layer is applied.
  • the thin layer can be applied in the manner customary in plastics technology, "spinning", coating, knife coating or vapor deposition should only be mentioned by way of example.
  • the emitter material can consist of one or more conjugated polymers, as are described in particular in the prior art mentioned in the introduction.
  • emitter materials which consist of one or more liquid layers which form the laserable organic material or in which the laserable material is embedded.
  • the emitter material can consist of one or more liquid crystal layers in which the laserable organic material is embedded.
  • Such a layer has the advantage that the emitting states can be aligned.
  • the polarization of the emitted light can thus be controlled. This is particularly advantageous since the distributed feedback is strongly polarization-dependent.
  • the substrate and the upper boundary surface or the upper boundary layer are preferably designed such that there are waveguide modes guided in the emitter material which transport light in the film plane. This can include can be achieved by the following options:
  • Dielectric film on the emitter film (eg made of plastic) with a refractive index that is less than the refractive index of the polymer at the desired laser emission wavelength.
  • the film can also serve as protection against degradation of the polymer layer.
  • the substrate and / or the film and / or the upper interface of the film are periodically modulated, so that the waveguide is carried out by Bragg scattering.
  • the periodic modulation with a suitable choice of the modulation period, feeds the light back in such a way that laser light (with the desired wavelength) is produced within the arrangement.
  • the laser light is coupled through the top or bottom or laterally for use.
  • At least one boundary layer has a multilayer structure and / or the emitter material has a multilayer structure.
  • the periodic modulation of the laser structure can be achieved in that the boundary layer and / or the emitter material is periodically spatially modulated.
  • the modulation can extend in the direction of the surface area of the emitter material.
  • the emitter material can be periodically modulated in the refractive index or in the local amplification.
  • the feedback takes place by diffraction in the periodically modulated emitter material:
  • the periodic spatial modulation is based on a spatial modulation of the real part of the refractive index and / or of the net gain of the emitter material, ie the Strengthening formed by stimulated emission minus residual absorption-determining imaginary part of the refractive index.
  • the spatial variation of the refractive index can be formed by a height variation of the emitter material and / or at least one boundary layer perpendicular to the surface extension of the emitter material. Furthermore, it is possible for the real part of the refractive index to vary spatially in at least one boundary layer and / or in the emitter material. It is also possible to suitably change the material properties using holographic methods.
  • At least one boundary layer and / or the emitter material has a spatial structuring.
  • the birefringence in at least one layer of the emitter material can also vary locally.
  • a spatial variation in the pump energy introduced can produce the local variation in the net gain.
  • a spatial variation in the thickness of the emitter material can produce the local variation in net gain or a variation in a property of the emitter material can produce local variation in net gain.
  • the periodic modulation of the structure can furthermore be achieved very simply by height modulation of the substrate to which the emitter layer is then applied.
  • a corresponding structure has been developed by the Fraunhofer-Gesellschaft / ISE. This enables the production of flexible laser components.
  • the feedback then takes place by diffraction at least at the interface between the substrate and the emitter material.
  • the active emitter layer which emits laser light, can also be separated from the periodically structured layer, so that the structured parts of the sample act as a reflector for the light emitted in the active zone.
  • the volume density of the excited emitter molecules can vary the volume density of the excited emitter molecules, the volume density of the local orientation of the emitter molecules in the active layer and / or the non-radiative recombination centers of the acceptor molecules, or the residual absorption.
  • the transport properties of the active layer, the contact layers or the feed layers can be spatially modulated. Another possibility is to use structured electrical contacts and / or to bend the contacts.
  • the emitter material can be pumped in a variety of ways:
  • External optical pumping of the emitter material over the upper or lower interface e.g. via an inorganic light-emitting or laser diode integrated in a hybrid component.
  • Electric pumping of the emitter material through metal electrodes or transparent electrodes, such as electrodes made of ITO on the top and / or bottom.
  • Electrical pumping in which the electrical transport into the emitter layer takes place through thin electron and / or hole transport layers.
  • the transport layers can have the function of the optically thinner boundary layer of the waveguide.
  • the laser according to the invention can emit light in the green and blue spectral range.
  • a multilayer structure of the emitter material allows quasi-white laser light to be obtained.
  • the laser sources according to the invention can be widely used, inter alia, in mass articles such as CD players, data memories, scanners and in lighting technology. Due to the small wavelength, e.g. high storage densities or resolutions achieved in data storage. The directional radiation could also find its way into other areas that were previously reserved for red laser diodes, such as Laserpointem.
  • a special feature of organic materials is that they can be applied over a large area. This enables the creation of laser components that can emit spectrally narrow and coherent radiation over a large area in a narrow directional range.
  • FIG. 1 shows the basic structure of a first embodiment in which is pumped optically
  • Fig. 2 shows the emission intensity as a function of the wavelength as a function of the pump energy Ep
  • Fig. 3 shows the output power as a function of the pump energy E p
  • Fig. 4 shows the basic structure of a second embodiment in which is electrically pumped.
  • Figure 1 shows the basic structure of a first embodiment of a laser according to the invention.
  • the thickness of the film 1 is approximately 300 nm.
  • the plastic substrate 2 with a periodic height modulation acts as a Bragg reflector, which causes a spatially distributed feedback for the induced emission.
  • the film is optically pumped with a repetition rate of 1 kHz and a pulse duration of 100 fs with light of the wavelength 400 nm.
  • FIG. 2 shows in FIGS. A to c the emission intensity for the exemplary embodiment shown in FIG. 1 as a function of the wavelength as a function of the pump energy E p at room temperature.
  • pulse energies of the pump laser of more than approx. 1.5 nJ, a threshold behavior is evident: From this pulse energy, a narrow laser line appears with a line width of approximately one nm.
  • FIG. 3 shows the output power as a function of the pump energy Ep.
  • the behavior is approximately linear below the aforementioned threshold value, and a steep increase follows above the threshold value.
  • Fig. 4 shows a second embodiment in which there is electrical pumping.
  • a thin layer 3 of aluminum is applied to the substrate 2, onto which a polymer 4 with hole transport properties is applied.
  • the film 1 made of laser-compatible organic material, which in turn can be, for example, poly (p-phenyl) polymer of the so-called ladder (conductor) type.
  • a polymer 5 with electron transport properties is applied to the film 1, onto which a translucent metal layer 6, which consists for example of ITO, is applied.
  • a translucent metal layer 6, which consists for example of ITO is applied.
  • the layer 6 can also have a lattice or network structure, so that the laser light is coupled out through the “holes” in the structure.
  • the refractive index of film 1 is greater than that of polymer 4 and polymer 5, so that waveguiding results.

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Abstract

Beschrieben wird ein Laser bestehend aus wenigstens einem zu stimulierter Lichtemission fähigen organischen Emittermaterial, das flächig ausgebildet ist, und Mitteln zum optischen, elektrischen und/oder chemischen Pumpen des Emittermaterials, bei dem im Emittermaterial geführte Wellenleitermoden existieren, und die Laserstruktur periodisch räumlich moduliert ist. Der erfindungsgemässe Laser zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine Fläche des Emittermaterials in Kontakt mit einer weiteren Schicht (i.f. Grenzschicht) steht.

Description

Laser mit einem organischem Emittermaterial und verteilter Rückkopplung
B E S C H R E I B U N G
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen Laser aus einem organischem Emittermaterial und verteilter Rückkoppelung.
Stand der Technik
Aus einer Reihe von Artikeln ist es bekannt, daß konjugierte Polymerschichten zu stimulierter Emission fähig sind.
Hierzu wird exemplarisch auf folgende Artikel verwiesen:
- „Kooperative Emission in π-konjugierten dünnen Polymerfilmen", von S.V. Frolov et al., erschienen in „Physical Review Letters", 1997, S. 729 bis 732
- „Lasing from conjugated-polymer microcavities", von N. Tessler et al., erschienen in „Nature" 1996, S. 695-697,
- „Laser action in organic semiconductor waveguide and double- heterostructure devices", von V.G. Kozlov et al., erschienen in „Nature" 1997, S. 362-364.
Auf diese Artikel wird im übrigen zur Erläuterung aller in dieser Anmeldung nicht näher beschriebenen Begriffe ausdrücklich verwiesen.
BES IGUNGSKOPIE Ferner sind Laser, bei denen das Lasermaterial kein organisches Material ist, bekannt, die mittels verteilter Rückkoppelung einen großflächigen Laserstrahl erzeugen.
Praktisch vollständig aus einem organischen Material bestehende Laser mit verteilter Rückkoppelung sind jedoch bislang nicht bekannt.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich Laser mit einem organischen Emittermaterial besonders für die Herstellung von Lasern mit verteilter Rückkoppelung eignen, da sich das organische Material einfach großflächig und in beliebigen Formen herstellen läßt.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laser mit einem organischen Emittermaterials und verteilter Rückkoppelung anzugeben, der einfach aufgebaut ist, und der auf die verschiedensten Arten angeregt werden kann.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß besteht der Laser aus wenigstens einem zu stimulierter Lichtemission fähigen organischem Emittermaterial, das flächig ausgebildet ist, und Mitteln zum optischen, elektrischen und/oder chemischen Pumpen des Emittermaterials, bei dem im Emittermaterial geführte Wellenleitermoden existieren, und die Laserstruktur periodisch räumlich moduliert ist. Die Erfindung geht dabei von folgendem Grundgedanken aus:
Ein zu stimulierter Lichtemission fähiges organisches Material (im folgenden auch als Emittermaterial bezeichnet) wird bevorzugt innerhalb eines Mehrschichtsystems als dünner Film auf einem Substrat angeordnet, da dann die Wellenleitung in der Emitterschicht in einfacher Weise durch an die Emitterschicht grenzende dielektrische Schichten mit geeignetem Brechungsindex und/oder durch metallische Filme erreicht werden kann.
Die an das Emittermaterial angrenzenden Schichten bzw. Mehrschichtsysteme werden im folgenden als Grenzschichten bezeichnet.
Besonders bevorzugt ist es, wenn beide Flächen des Emittermaterials mit Grenzschichten in Kontakt stehen.
Insbesondere kann eine Grenzschicht ein Substrat sein, auf das die aktive Schicht aufgebracht ist. Das Aufbringen der dünnen Schicht kann dabei in der in der Kunststofftechnik üblichen Weise erfolgen, nur beispielhaft sollen „Spinnen", Coaten, Rakeln oder Aufdampfen genannt werden.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, ein Einschichtsystem zu verwenden, bei dem die geführten Wellenleitermoden beispielsweise durch Dotieren des Kunststoffmaterials oder Wellenleitung gegen Luft erreicht werden.
Als Emittermaterial kommen die verschiedensten Materialien in Betracht: Beispielsweise kann das Emittermaterial aus einem oder mehreren konjugierten Polymeren besteht, wie sie insbesondere in dem einleitend genannten Stand der Technik beschrieben sind.
Neben der Verwendung von „festen" Emittermaterialien ist es aber auch möglich, Emittermaterialien zu verwenden, die aus einer oder mehreren flüssigen Schichten bestehen, die das laserfähige organische Material bilden oder in die das laserfähige Material eingelagert ist.
Weiterhin kann das Emittermaterial aus einer oder mehreren Flüssigkristallschichten bestehen, in die das laserfähige organische Material eingelagert ist.
Eine solche Schicht hat den Vorteil, daß die emittierenden Zustände ausrichtbar sind. Damit kann die Polarisation des emittierten Lichts gesteuert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da die verteilte Rückkoppelung stark polarisationsabhängig ist.
Bei einem Mehrschichtsystem sind bevorzugt das Substrat und die obere Grenzfläche bzw. die obere Grenzschicht so ausgeführt, daß es im Emittermaterial geführte Wellenleitermoden gibt, die Licht in der Filmebene transportieren. Dies kann u.a. durch folgende Möglichkeiten erreicht werden:
Dielektrischer Film auf dem Emitterfilm (z.B. aus Kunststoff) mit einem Brechungsindex, der geringer als der Brechungsindex des Polymers bei der gewünschten Laseremissionswellenlänge ist. Der Film kann auch als Degradationsschutz der Polymerschicht dienen. Metallisch beschichtetes Substrat, so daß das Licht auf der Substratseite durch metallische Reflexion geführt wird.
Metallisch beschichtete obere Grenzfläche, so daß das Licht auf der oberen Grenzfläche durch metallische Reflexion geführt wird.
Weiterhin sind erfindungsgemäß das Substrat und/oder der Film und/oder die obere Grenzfläche des Filmes periodisch moduliert, so daß die Wellenleitung durch Bragg-Streuung erfolgt. Durch die periodische Modulation wird, bei geeigneter Wahl der Modulationsperiode, das Licht so zurückgekoppelt, daß innerhalb der Anordnung Laserlicht (mit der gewünschten Wellenlänge) entsteht. Das Laserlicht wird durch die Oberseite oder die Unterseite oder seitlich zur Nutzung ausgekoppelt.
Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, daß wenigstens eine Grenzschicht einen Mehrschichtaufbau und/oder das Emittermaterial einen Mehrschichtaufbau hat.
Die periodische Modulation der Laserstruktur kann dadurch erreicht werden, daß die Grenzschicht und/oder das Emittermaterial periodisch räumlich moduliert sind. Dabei kann sich die Modulation in Richtung der Flächenausdehnung des Emittermaterials erstrecken.
Insbesondere kann das Emittermaterial periodisch moduliert im Brechungsindex oder in der lokalen Verstärkung sein. Die Rückkopplung erfolgt durch Beugung im periodisch modulierten Emittermaterial:
Bei dieser Ausführungsform wird die periodische räumliche Modulation von einer räumlichen Modulation des Realteils des Brechungsindex und/oder des die Netto-Verstärkung des Emittermaterials, d.h. die Ver- Stärkung durch stimulierte Emission minus Restabsorption bestimmenden Imaginärteils des Brechungsindex gebildet.
Weiterhin kann die räumliche Variation des Brechungsindex durch eine Höhenvariation des Emittermaterials und/oder wenigstens einer Grenzschicht senkrecht zur Flächenerstreckung des Emittermaterials gebildet werden. Darüberhinaus ist es möglich, daß der Realteil des Brechungsindex in wenigstens einer Grenzschicht und/oder im Emittermaterial räumlich variiert. Auch ist es möglich, die Materialeigenschaften mittels holographischer Methoden geeignet zu ändern.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens eine Grenzschicht und/oder das Emittermaterial eine räumliche Strukturierung auf. Auch kann die Doppelbrechung in wenigstens einer Schicht des Emittermaterials lokal variieren.
Ferner kann eine räumliche Variation der eingebrachten Pumpenergie die lokale Variation der Netto-Verstärkung erzeugen.
Beispielsweise können eine räumliche Variation der Dicke des Emittermaterials die lokale Variation der Netto-Verstärkung oder eine Variation einer Eigenschaft des Emittermaterials lokale Variation der Netto- Verstärkung erzeugen.
Die periodische Modulation der Struktur kann weiterhin sehr einfach durch Höhenmodulation des Substrates, auf das dann die Emitterschicht aufgebracht wird, erreicht werden. Eine entsprechende Struktur ist von der Fraunhofer-Gesellschaft / ISE entwickelt worden. Dadurch ist die Herstellung flexibler Laserbauelemente möglich. Die Rückkopplung erfolgt dann durch Beugung an mindestens der Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem Emittermaterial. Weiterhin kann auch eine Trennung der aktiven Emitterschicht, die Laserlicht aussendet, von der periodisch strukturierten Schicht erreicht werden, so daß die strukturierten Teile der Probe als Reflektor für das in der aktiven Zone emittierte Licht wirken.
Weiterhin ist es möglich, die Volumendichte der angeregten Emittermoleküle, die Volumendichte der lokalen Orientierung der Emittermoleküle in der aktiven Schicht und/oder der nichtstrahlenden Rekombinationszentren der Akzeptormoleküle oder die Restabsorption zu variieren. Zusätzlich oder alternativ können die Transporteigenschaften der aktiven Schicht, der Kontaktschichten oder der Zuführungsschichten räumlich moduliert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung strukturierter elektrischer Kontakte und/oder in der Beugung an den Kontakten.
Das Pumpen des Emittermaterials kann auf die verschiedensten Arten erfolgen:
Externes optisches Pumpen des Emittermaterials über die obere oder untere Grenzfläche, z.B. über eine in ein Hybridbauelement integrierte anorganische Leucht- oder Laserdiode.
Internes optisches Pumpen über eine in die Vielfachschicht integrierte Leuchtdiode.
Elektrisches Pumpen des Emittermaterials durch Metallelektroden oder transparente Elektroden, wie beispielsweise Elektroden aus ITO an der Ober- und/oder Unterseite. Elektrisches Pumpen, bei dem der elektrische Transport in die Emitterschicht durch dünne Elektronen- und/ oder Lochtransportschichten erfolgt. Den Transportschichten kann dabei die Funktion der optisch dünneren Begrenzungsschicht des Wellenleiters zukommen.
In jedem Falle erhält man einen Laser mit einer Vielzahl von Vorteilen:
Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Laser Licht im grünen und blauen Spektralbereich emittieren. Durch einen Mehrschichtaufbau des Emittermaterials kann man quasi weißes Laserlicht erhalten.
Die erfindungsgemäßen Laserquellen können unter anderem in Massenartikeln wie CD-Spielern, Datenspeichern, Scannern und in der Beleuchtungstechnik breite Anwendung finden. Aufgrund der kleinen Wellenlänge werden z.B. bei Datenspeichern hohe Speicherdichten bzw. Auflösungen erreicht. Die gerichtete Strahlung könnte auch in anderen Bereichen Eingang finden, die bislang roten Laserdioden vorbehalten ist, wie z.B. Laserpointem.
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, Laserquellen unter alleiniger Verwendung von organischen Materialien (abgesehen von evtl. verwendeten Metallschichten) herzustellen, einen Kunststofflaser. Insbesondere die am ISE der Fraunhofer-Gesellschaft entwickelte Technik, Kunststoffolien durch einen einfach in Serienproduktion zu realisierenden Prozeß eine periodische Höhenmodulation aufzuprägen, läßt die Möglichkeit der Herstellung einer sehr kostengünstigen Laserdiode erwarten. Eine sehr einfache Herstellung ist gegeben bei Verwendung von strukturierten Kunstoffolien und durch Aufschleudem einer Polymerschicht oder Aufdampfen von niedermolekularen Emittermaterialien.
Eine Besonderheit der organischen Materialien ist, daß sie großflächig aufgebracht werden können. Dies ermöglicht die Erstellung von Laserbauelementen, die großflächig spektral enge und kohärente Strahlung in einem engem Richtungsbereich emittieren können.
Durch ein Aufbringen der aktiven Filme auf ein Kunststoffsubstrat wird ein mechanisch flexibles System möglich, welches die Erstellung von nahezu beliebigen Formen gestattet. Neben flächigen Systemen sind beispielsweise auch zylindrische Systeme möglich, die einen Linienfokus der Strahlung für die Materialbearbeitung haben.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben,, auf die im übrigen hinsichtlich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels, bei optisch gepumpt wird,
Fig. 2 das Emissionsintensität als Funktion der Wellenlänge in Abhängigkeit von der Pumpenergie Ep
Fig. 3 die Ausgangsleistung als Funktion der Pumpenergie Ep, und Fig. 4 den prinzipiellen Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem elektrisch gepumpt wird.
Darstellung von Ausführungsbeispielen
Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lasers.
Ein Film 1 aus einem Poly(p-phenyl)Polymer vom sogenannten Ladder- (Leiter)-Typ, der als Lasermaterial dient, ist auf ein Kunststoffsubstrat 2 mit einer periodischen Höhenmodulation aufgebracht. Die Dicke des Films 1 beträgt ca. 300 nm. Das Kunststoffsubstrat 2 mit einer periodischen Höhenmodulation wirkt als Bragg-Reflektor, der eine räumlich verteilte Rückkopplung für die induzierte Emission bewirkt.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Film mit einer Repetitions- rate von 1 kHz und einer Pulsdauer von 100 fs mit Licht der Wellenlänge 400nm optisch gepumpt. Der Strahl des Pumplasers ist auf den Film 1 mit einem Spotdurchmesser von etwa 500 =m fokussiert.
Figur 2 zeigt in den Fig. a bis c die Emissionsintensität für das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel als Funktion der Wellenlänge in Abhängigkeit von der Pumpenergie Ep bei Raumtemperatur. Bei Pulsenergien des Pumplasers von mehr als ca. 1 ,5 nJ zeigt sich ein Schwellenverhalten: Es erscheint ab dieser Pulsenergie eine schmale Laserlinie mit einer Linienbreite von etwa einem nm.
Figur 3 zeigt die Ausgangsleistung als Funktion der Pumpenergie Ep. Unterhalb des geannten Schwellwerts ist das Verhalten annähernd linear, oberhalb des Schwellwerts folgt ein steiler Anstieg. Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem elektrisch gepumpt wird. Auf dem Substrat 2 ist eine dünne Schicht 3 aus Aluminium aufgebracht, auf die ein Polymer 4 mit Lochtransporteigenschaften aufgebracht ist. Auf diesem Polymer 4 befindet sich der Film 1 aus laserfähigem organischem Material, das wiederum beispielsweise Poly(p-phenyl)Polymer vom sogenannten Ladder-(Leiter)-Typ sein kann.
Auf dem Film 1 ist ein Polymer 5 mit Elektronentransporteigenschaften aufgebracht, auf das eine lichtdurchlässige Metallschicht 6, die beispielsweise aus ITO besteht, aufgebracht ist. Selbstverständlich kann die Schicht 6 auch eine Gitter- bzw. Netzstruktur haben, so daß das Laserlicht durch die „Löcher" in der Struktur ausgekoppelt wird.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Brechungsindex des Films 1 größer als der des Polymers 4 und des Polymers 5, so daß sich eine Wellenleitung ergibt.
Vorstehend ist die Erfindung exemplarisch ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens beschrieben worden.

Claims

PATE N TAN S P RÜC H E
1. Laser bestehend aus wenigstens einem zu stimulierter Lichtemission fähigen organischem Emittermaterial, das flächig ausgebildet ist, und Mitteln zum optischen, elektrischen und/oder chemischen Pumpen des Emittermaterials, bei dem im Emittermaterial geführte Wellenleitermoden existieren, und die Laserstruktur periodisch räumlich moduliert ist.
2. Laser nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Fläche des Emittermaterials in Kontakt mit einer weiteren Schicht (i. f. Grenzschicht) steht.
3. Laser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substrat eine Grenzschicht bildet.
4. Laser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Flächen des Emittermaterials mit Grenzschichten in Kontakt stehen.
5. Laser nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Grenzschicht einen Mehrschichtaufbau hat.
6. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Emittermaterial einen Mehrschichtaufbau hat.
7. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Emittermaterial aus wenigstens einem dünnen Film besteht.
8. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Emittermaterial aus einem festen Material und insbesondere einem oder mehreren konjugierten Polymeren besteht.
9. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Emittermaterial aus einer oder mehreren flüssigen Schichten besteht, in die das laserfähige organische Material eingelagert ist.
10. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Emittermaterial aus einer oder mehreren Flüssigkristall-Schichten besteht, in die das laserfähige organische Material eingelagert ist.
11. Laser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die emittierenden Zustände ausrichtbar sind.
12. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Grenzschichten und/oder das Emittermaterial periodisch räumlich moduliert sind.
13. Laser nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Periodizität der Modulation in Richtung wenigstens einer Flächenausdehnung des Emittermaterials erstreckt.
14. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische räumliche Modulation von einer räumlichen Modulation des Realteils des Brechungsindex und/oder des die Netto-Verstärkung des Emittermaterials, d.h. die Verstärkung durch stimulierte Emission minus Restabsorption bestimmenden Imaginärteils des Brechungsindex gebildet wird.
15. Laser nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Variation des Brechungsindex durch eine Höhenvariation der Grenzfläche zwischen Emittermaterial und wenigstens einer Grenzschicht erzeugt wird.
16. Laser nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Realteil des Brechungsindex in wenigstens einer Grenzschicht und/oder im Emittermaterial räumlich variiert.
17. Laser nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Grenzschicht und/oder das Emittermaterial eine räumliche Strukturierung aufweist.
18. Laser nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelbrechung in wenigstens einer Schicht des Emittermaterials lokal variiert.
19. Laser nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine räumliche Variation der eingebrachten Pumpenergie die lokale Variation der Netto-Verstärkung erzeugt.
20. Laser nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine räumliche Variation der Dicke des Emittermaterials die lokale Variation der Netto-Verstärkung erzeugt.
21. Laser nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Variation einer Eigenschaft des Emittermaterials die periodische Modulation des Imaginärteils des Brechungsindex erzeugt.
22. Laser nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschaft die Volumendichte der angeregten Emittermoleküle, die Volumendichte der lokalen Orientierung der Emittermoleküle in der aktiven Schicht und/oder der nichtstrahlenden Rekombinationszentren der Akzeptormoleküle oder die Restabsorption ist.
23. Laser nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschaft die räumlich modulierte Transporteigenschaften der aktiven Schicht, der Kontaktschichten oder der Zuführungsschichten ist.
24. Laser nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß geeignet strukturierte elektrische Kontakte und/oder Beugung an den Kontakten die Variation der periodischen Modulation des Imaginärteils des Brechungsindex erzeugt.
25. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Emittermaterial aus mehreren Schichten besteht, die Licht unterschiedlicher Wellenlänge emittieren.
26. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode der verteilten Rückkoppelung entsprechend der gewünschten Laserwellenlänge gewählt ist.
27. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke und/oder der Brechungsindex des Emittermaterials entsprechend der gewünschten Laserwellenlänge gewählt sind.
28. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 27, gekennzeichnet durch Mischsysteme, bei denen Emittermoleküle mit unterschiedlicher Emissionsenergie eingesetzt werden.
29. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmung der Laserwellenlänge durch chemische Veränderung der Emittermoleküle erfolgt.
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