JP2003234528A - 有機垂直キャビティ位相固定レーザ・アレー装置 - Google Patents
有機垂直キャビティ位相固定レーザ・アレー装置Info
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Abstract
次元アレーからの位相固定レーザ発光を可能にするのに
特に適した有機面発光レーザ構成を提供すること。 【解決手段】 有機垂直キャビティ・レーザ・アレー装
置が、所定波長域を越える光を反射する底部誘電スタッ
クと、レーザ光を生成する有機アクティブ領域と、を有
する。本装置は、更に、上記底部誘電スタックから間隔
があけられ、所定波長域を越える光を反射する上部誘電
スタックと、上記底部誘電スタックの表面に形成され、
アレーを定義するエッチングされた領域と、を有する。
ここで、上記アレーは、間隔があけられたレーザ・ピク
セルから成り、これらレーザ・ピクセルは、上記アレー
がコヒーレント位相固定レーザ光を発するようにそれら
ピクセル間の領域よりも高い反射率を有する。
Description
ィ・レーザ光生成装置に関する。
ベースとする垂直キャビティ面発光レーザ(verti
cal cavity surface emitti
nglaser:VCSEL)が80年代中頃から開発
されている(例えば、非特許文献1参照。)。この開発
は、850nmで発せられるAlGaAsベースのVC
SELが、複数の企業によって製造され、100年を超
える寿命を有する、というところまで到達している(例
えば、非特許文献2参照。)。これら近年の近赤外レー
ザの成功により、可視波長域で発光するVCSELを製
造するための他の無機材料システムに注目が移っている
(例えば、非特許文献3参照。)。可視レーザには、デ
ィスプレイ、光学式ストレージの読み出し/書き込み、
レーザ印刷、プラスティック光ファイバを用いた短距離
通信、など多数の実り多き用途が存在する(例えば、非
特許文献4参照。)。世界中の多くの企業や大学の研究
室の努力にもかかわらず、可視スペクトラムを補う可視
レーザ・ダイオード(エッジ・エミッタ又はVCSE
L)を作成するには多くの作業が残っている。
おいては、無機ベースのシステム放棄し、有機ベースの
レーザ・システムに焦点を合わせることが有益的となり
得る。なぜなら、有機ベースのゲイン材料は、低いポン
ピングされていない散乱/吸収損失、及び高い量子効率
という特性を享受できるからである。無機レーザ・シス
テムと比べて、有機レーザは、比較的安価に製造でき
る、可視域全体にわたって発光するように作ることがで
きる、更に、最も重要なことに、1つにチップから複数
の波長(例えば、赤、緑、及び、青など)を発すること
ができる、といった利点を有する。
を作る有用な経路は、該装置のアクティブ領域において
必要な反転分布を生成するのに、光ポンピングではなく
電気的注入(electrical injectio
n)を用いることである。これは無機システムの場合で
ある。なぜなら、それらの広面積装置向けの光ポンピン
グ閾値は、104W/cm2のオーダだからである(例
えば、非特許文献5参照。)。このような高いパワ密度
は、他のレーザをポンプ源として用い、無機レーザ・キ
ャビティ向けの経路を除外することによってのみ得るこ
とができる。ポンピングされていない有機レーザ・シス
テムは、特に母材・添加物の組み合わせがアクティブ媒
体として用いられる場合、レーザ波長において、大幅に
低減された散乱及び吸収損失(〜0.5cm−1)の組
み合わせを有する。結果として、1W/cm2未満の光
ポンピングされたパワ閾値は、特により低い閾値をもた
らすアクティブ・ボリュームを最小化するためにVCS
ELベースのマイクロキャビティ・デザインが用いられ
る場合、達成可能なものであるべきである。1W/cm
2未満のパワ密度閾値の重要性は、安価で規格品である
インコヒーレントLEDを用いてレーザ・キャビティを
光ポンピングすることを可能にする点である。
E J.Quant.Electron.QE−2
3」、1987年、882頁
roc.IEEE 85」、1997年、1,730頁
cal−Cavity Surface−Emitti
ng Lasers」、Cambridge Univ
ersity Press、Cambridge、20
01年
tron.Lett.31」、1995年、467頁
p.Phys.Lett.54」、1989年、1,2
09頁
らシングルモード・ミリワット(mW)出力パワを生成
するためには、通常、発光エリアの直径を10μmのオ
ーダにする必要がある。結果として、1mWの出力パワ
は、パワ変換効率を25%と仮定すると、該装置が最大
6,000W/cm2を生成するソースによって光ポン
ピングされなければならい。このパワ密度レベル(及び
ピクセル・サイズ)は、LEDの能力をはるかに超えて
おり、加えて、それらがドリブンcwであれば、有機材
に劣化問題を引き起こすであろう。この問題周辺の通路
は、有機レーザの発光エリア直径を約350μmへ増や
し、ポンプ・パワ密度レベルを(1mWの出力パワを生
成するために)4W/cm2に下げる。このパワ密度レ
ベル及びピクセル・サイズは、規格品である400nm
の無機LEDによって実現される。残念ながら、350
μm直径の発光エリアを有する広面積レーザ装置は、高
次のマルチモード出力と(フィラメンテイションの結果
として)より低いパワ変換効率とを導く。結果として、
良好なパワ変換効率とシングルモードの出力とを備えた
広面積有機VCSEL装置を作ることは非常に有益的で
ある。
ーザ・ピクセルの2次元アレーからの位相固定レーザ発
光を可能にするのに特に適した有機面発光レーザ構成を
提供することである。
ャビティ・レーザ・アレー装置であって、a)所定波長
域を越える光を反射する底部誘電スタックと、b)レー
ザ光を生成する有機アクティブ領域と、c)上記底部誘
電スタックから間隔があけられ、所定波長域を越える光
を反射する上部誘電スタックと、d)上記底部誘電スタ
ックの表面に形成され、アレーを定義するエッチングさ
れた領域と、を有し、前記アレーは、間隔があけられた
レーザ・ピクセルから成り、これらレーザ・ピクセル
は、前記アレーがコヒーレント位相固定レーザ光を発す
るようにそれらピクセル間の領域よりも高い反射率を有
する、ことを特徴とする有機垂直キャビティ・レーザ・
アレー装置によって達成される。
気的又は光学的に駆動することが可能であって、位相固
定レーザ出力を生成可能なミクロンサイズのレーザ・ピ
クセルを用いた2次元有機レーザ・アレー装置を提供す
ることである。この装置は、上部及び底部反射板双方に
高反射率の誘電スタックを組み込んだマイクロキャビテ
ィ・デザインを用いると共に、低分子量の有機材を含む
ゲイン媒体を有する。本装置のミクロンサイズのレーザ
・ピクセルは、底部誘電スタックの反射率を調整するこ
とによって提供される。これらのピクセルからの放出は
位相が固定されているため、レーザ出力がシングルモー
ド(又は最大でも2つのラテラルモード)である間は、
本装置を広面積ソースによって駆動することが可能とな
る。低パワ密度閾値を広面積ソースによるポンピングと
組み合わせると、本装置を安価なインコヒーレントLE
Dによって光学的に駆動させることが可能となる。
レーザ構造を可能にするためには、図1に概略的に示す
ような2次元位相固定レーザ・アレー装置100を本発
明に従って構築する必要がある。基板110は、光ポン
ピング及びレーザ発光の意図された方向に応じて、光透
過体でも不透明体でもよい。基板110は、透明なガラ
スでも透明なプラスティックでもよい。別の方法とし
て、光ポンピング及びレーザ発光が同じ面を通って発生
する場合、半導体材料(例えばシリコン)やセラミック
材料など(これらに限定されない)の不透明基板が用い
られ得る。基板上には、高反射率の誘電材と低反射率の
誘電材とが交互に構成された底部誘電スタック120が
堆積される。この底部誘電スタック120は、所定の波
長レンジを越えるレーザ光に対して反射性を有するよう
に設計される。典型的な高反射率の誘電材はTiO2で
あり、典型的な低反射率の誘電材はSiO2である。底
部誘電スタック120は、標準的な電子ビーム・デポジ
ッションによって堆積される。ここで、典型的なデポジ
ッション温度は240℃である。
・アレー100を形成するためには、VCSELの表面
上にピクセル間領域210によって分離されたレージン
グ・ピクセル200が定義される必要がある。位相固定
を実現するためには、ピクセル間で強度及び位相の情報
が交換されなければならない。これは、ピクセル領域へ
のレーザ発光をビルトイン・インデックス又はゲイン・
ガイディングのいずれかをわずかに弱々しく制限するこ
とによって最も良好に得られる。2次元無機レーザ・ア
レーに適用される際、この弱い制限を実現するための実
り多き経路は、金属を加えること(E.Kapon及び
M.Orensteinによる米国特許第5,086,
430号明細書参照)、又は上部誘電スタック内へ深く
エッチングすること(P.L.Gourleyら、「A
pp.Phys.Lett.58」、1991年、89
0頁、参照)のいずれかによって、上部誘電スタックの
反射率を調整することであった。これら無機レーザ・ア
レーのいずれの場合においても、レーザ・ピクセルは、
(シングルモード・アクションが可能となるように)3
〜5μm幅のオーダであり、ピクセル間の間隔は1〜2
μmであった。これらの結果を有機レーザ・システムに
適用するには、幾分注意が必要である。なぜなら、有機
層が一旦堆積されてからレーザ構造物上にミクロンスケ
ールのパターニングを実行することは非常に難しいから
である。結果として、好ましい実施形態において、反射
率調整は、標準的なフォトリソグラフィック技術及びエ
ッチング技術を用いて、底部誘電スタック120をパタ
ーニングしてエッチングされた領域150を形成し、よ
って底部誘電スタックの表面上に複数の円柱から成る2
次元アレーを形成することによって影響を受けた。好ま
しい実施形態において、レーザ・ピクセルの形状は円形
であるが、長方形などの他のピクセル形状も可能であ
る。ピクセル間の間隔は0.25〜4μmの範囲であ
る。位相固定アレーのオペレーションもピクセル間の間
隔が大きいほど起こるが、それは光ポンピング・エネル
ギの非効率な使用を導く。ピクセル間の反射率を大幅に
低くするために、無機鉛に続けて底部誘電スタック12
0を深くエッチングすることは、好ましい経路ではな
い。なぜなら、それはアクティブ領域位置の大幅な調整
を導くからである。好ましい方法は、エッチングされた
領域150を形成するために50〜400nm深さの浅
いエッチングを行い、レージングが2πの整数倍の往復
位相を有する波長についてのみ発生するという状態を利
用することである。赤色レーザ・アレーについての一例
として、レージング波長は660nmと選択された。底
部誘電スタック120から奇数倍の層(例えば、1つの
SiO2層、或いは、2つのSiO2層と1つのTiO
2層、など)を除去することによって、ピクセル間領域
210におけるレージング波長は660nmからできる
限り押される(〜610及び710nm)ことが計算さ
れた(S.W.Corzineら、「IEEE J.Q
uant.Electr.25」、1989年、1,5
13頁)。これを行う際、710nm領域でのレージン
グ発光信号及び誘導放出信号は非常に小さいことがわか
った。さらに、次のTiO2層を数十ナノメートル深く
エッチングすることによって、短波長共鳴状態が590
nm波長領域内へ押されることが測定された。この波長
領域において、誘電スタックの反射率はあらゆる所望さ
れないレージングを妨げ得るほど大幅に低く、ゲイン媒
体の蛍光強さあらゆる所望されない自然放出を妨げ得る
ほど大幅に低減される。ゆえに、底部誘電スタック12
0において奇数倍の数層をちょうど超えてエッチングす
ることによって、ピクセル間領域210でのレージング
・アクションは妨げられ、自然放出は大幅に低減され
る。エッチングされた領域150の形成の最終結果は、
レーザ発光がレーザ・ピクセル200に対して弱々しく
制限され、ピクセル間領域210からのレージングは一
切発せられず、コヒーレント位相固定レーザ光がアレー
100によって発せられる。
された底部誘電スタック120上に堆積される。このア
クティブ領域は、低分子量の有機材から成ってもよく、
高分子有機材から成ってもよい。ここで、低分子量の有
機材は、通常、高真空(10 −6Torr)サーマル・
エヴァポレーションによって堆積され、高分子有機材
は、通常、回転成形によって形成される。図1は、有機
アクティブ領域130がバルク層ではなく、多層構造で
あることを示す。Brueckらの無機レーザに対する
提案(米国特許第4,881,236号明細書)に従
い、有機アクティブ領域130は、1以上の周期的なゲ
イン領域160と、この周期的ゲイン領域を分離するス
ペーサ層170と、を有する。周期的ゲイン領域160
の厚さは、通常、50nm未満であり、好ましくは10
〜30nmである。有機スペーサ層170の厚さは、1
又は複数の周期的ゲイン領域がレーザ・キャビティの定
常電界の波腹と揃うように選択される。アクティブ領域
に1以上の周期的ゲイン領域を採用することにより、パ
ワ変換効率が大きくなり、所望でない自然放出が大幅に
低減される。まとめると、アクティブ領域130は、1
以上の周期的ゲイン領域160と、該周期的ゲイン領域
の一方の側面上に配置された有機スペーサ層170とを
有する。有機スペーサ層170は、周期的ゲイン領域が
本装置の定常波電磁界の波腹に揃うように並べられる。
蛍光を発する低分子量有機材又は高分子有機材から成
る。共通して譲り受けられた米国特許第6,194,1
19号(B1)明細書及びその中の参考文献においてW
olkらによって教えられた典型的な高分子材料は、例
えば、ポリフェニレンビニレン派生物、ジアルコキシポ
リフェニレンビニレン、ポリ−パラ−フェニレン派生
物、及びポリフルオレン派生物などである。本実施形態
においては、低分子量有機材を用いることが好ましい。
なぜなら、フォスタ・エネルギ伝達(Forster
energy transfer)を通じてレージング
波長においてゲイン媒体について非常に微量のポンピン
グされていないバンド・トゥ・バンドの吸収効率(1c
m−1未満)をもたらす母材・添加材の組み合わせを用
いることができるからである(M.Berggren
ら、「Nature 389」、1997年、466
頁)。赤色発光レーザとして有用な母材・添加材の組み
合わせの一例は、母材にアルミニウム・トリ(8−ヒド
ロキシキノリン)(Alq)を用い、添加材(体積分率
1%)として4−(ジシアノメチレン)−2−t−ブチ
ル−6−(1,1,7,7−テトラメチルジュロィジル
−9−エチル)−4H−ピラン(DCJTB)を用いる
組み合わせである。緑や青などの他の波長領域における
発光には、他の母材・添加材の組み合わせを用いること
も可能である。有機スペーサ層170には、レーザ発光
190及びポンプ・ビーム180の双方に対して高度に
トランスペアレントな材料を用いることが好ましい。本
実施形態においては、スペーサ材料として、1,1−ビ
ス−(4−ビス(4−メチル−フェニル)−アミノ−フ
ェニル)−シクロヘキサン(TAPC)が選択された。
なぜなら、TAPCは、可視スペクトラム及び近紫外線
(UV)スペクトラムの全体に渡って非常に低い吸収を
有すると共に、その屈折率はほとんどの有機母材のそれ
よりもわずかに低いからである。この屈折率の差は、定
常電界波腹と周期的ゲイン領域160との間の重なりを
最大化するのに役立つため、有用である。
スタック140が堆積される。この上部誘電スタック1
40は、底部誘電スタックから間隔があけられ、所定の
波長レンジを越える光に対して反射性を有する。その構
成は、底部誘電スタック120のそれと類似している。
上部誘電スタック140は有機ベースのアクティブ領域
の上に堆積されるため、その堆積温度はそれら有機物が
溶けないように低く保たれなければならない。結果とし
て、上部誘電スタック140にとっての典型的なデポジ
ッション温度は70℃である。良好なレージング性能を
得るためには、上部誘電スタック140及び底部誘電ス
タック120のピーク反射率(値が小さいほどレージン
グ線幅が大きい)が99%より大きいことが好ましい。
は、位相固定オペレーション下で各素子が隣接する4つ
の素子と位相が180°ずれる正方形の2次元アレーと
して配列されている(E.Kapon及びM.Oren
steinによる米国特許第5,086,430号明細
書参照)。直線アレーなどの他の2次元の周期的なアレ
ー配列もレーザ・ピクセル200の他の配列として可能
である。しかし、Kaponらによって示されているよ
うに(米国特許第5,086,430号明細書参照)、
六角格子アレーなどの最密2次元配列は、隣接するピク
セル間により複雑な位相関係をもたらす。
は、入射ポンプ・ビーム源180によって光学的に駆動
され、位相固定レーザ発光190を発する。有機レーザ
・キャビティのレージング・パワ密度閾値に応じて、ポ
ンプ・ビームは集束レーザ光にもインコヒーレントLE
D光にもなり得る。図1は、上部誘電スタック140を
貫くレーザ発光190を示す。別の方法として、このレ
ーザ構造は、上部誘電スタックの反射率特性を適切に設
計することによって、基板110を貫くレーザ発光を用
いて上部誘電スタック140を貫いて光学的にポンピン
グされてもよい。不透明基板(例えば、シリコン基板)
の場合、光ポンピング及びレーザ発光の双方が上部誘電
スタック140を通って発生する。光ポンピングされた
有機レーザ・アレー装置のオペレーションは、以下の方
法によって起こる。ポンプ・ビーム180は、基板11
0及び底部誘電スタック120を通って伝わり、周期的
ゲイン領域160によって吸収される。ここで、ポンプ
・ビーム・エネルギの一部は、より長い波長のレーザ光
として再発光される。ポンプ・ビーム180が基板11
0を通って入り込む際、レーザ出力190が主として上
部誘電スタック140を通って外へ出るようにするに
は、低部誘電スタックのピーク反射率が上部誘電スタッ
クのピーク反射率より大きくなるように選択する必要が
ある。本装置のパワ変換効率を向上させるために、底部
誘電スタック120がポンプ・ビーム180に対して高
度な透過性を有し、上部誘電スタック140がポンプ・
ビームに対して高度な反射性を有するように両誘電スタ
ックに追加的な誘電層を加えることが一般的に行われて
いる。レーザ光は、レーザ・ピクセル200によって発
せられ、弱い制限の結果として、位相及び強度情報双方
がピクセル間で交換される。これにより、コヒーレント
位相固定レーザ発光は、上部誘電スタック140を通っ
て起こる。
スタック140は、反射性金属ミラー層のデポジッショ
ンによって置き換えられてもよい。典型的な材料は、9
0%を越える反射率を有する銀又はアルミニウムであ
る。この金属は下にある有機層を損傷させないように真
空サーマル・エヴァポレーションによって堆積されるこ
とが好ましい。この別の実施形態において、ポンプ・ビ
ーム180及びレーザ発光190双方は、基板110を
通って進む。
めに提示されるものであり、本発明への限定と解釈され
るべきではない。
レーザ・アレーのレージング特性を測定するために、レ
ーザ構造を前処理された6インチのシリコン基板上に形
成した。このシリコン基板は不透明であるため、ポンプ
・ビーム180及びレーザ発光190双方は本装置の上
側(及び上部誘電スタック140)を通って発生する。
この基板の上に、従来通りの電子ビームデポジッション
によって、低屈折率のSiO2と高屈折率のTiO2と
が交互に構成された底部誘電スタック120を堆積させ
た。こうして得られた誘電ミラーは、660nmにおい
て最大99.95%のピーク反射率を有することが測定
された。次に、標準的なフォトリソグラフィック技術を
用いて、エッジ間距離が1μmの5μm円柱の2次元正
方形アレーを作るために底部誘電スタック120をパタ
ーニングした。従来通りのフッ素ベースのドライエッチ
ング液を用いて、ピクセル間領域210を330nmの
深さまでエッチングした。高真空サーマル・エヴァポレ
ーションによって、有機アクティブ領域130を底部誘
電スタック120の上面上に堆積させた。ここでは、有
機アクティブ領域130として、順に、168nmのT
APC、1%のDCJTBを有する50nmのAlq、
及び172nmのTAPCが堆積された。最後に、上部
誘電スタック140は、シリコン基板の温度測定値が7
2℃未満に保たれるように、低温電子ビームデポジッシ
ョンによって堆積された。上部誘電スタック140は、
低屈折率のSiO2と高屈折率のTiO2とが交互に構
成されて成る。こうして得られた誘電ミラーは、660
nmにおいて最大99.9%のピーク反射率を有するこ
とが測定された。
についてテストするために、レーザ・キャビティは、5
mWの日亜レーザダイオードからの404nmの出力を
用いて、法線から約30°の角度で上面から光ポンピン
グされた。このポンプ・レーザは、5KHzの繰り返し
率で50nsecのレーザ・パルスを生成した。ポンプ
・ビーム強度を2つのニュートラル・デンシティ・ホイ
ールの組み合わせによって調整し、1,000mmのレ
ンズを用いてレーザ・キャビティ表面上へ集束させた。
このようにして得られた本装置表面上でのポンプ・ビー
ムのスポット・サイズの測定値は、177×243μm
の楕円形であった。このキャビティからのレーザ出力1
90を、50mmのf2レンズと100mmのf4レン
ズの組み合わせによってSpexダブル・モノクロメー
タ(0.22m)のエントランス・スリット上に集束さ
せた(ここでは、f4レンズの方がスリットに近く、こ
れにより2倍に拡大されたレーザの近距離音場画像が得
られる)。このモノクロメータの解像度は約0.45n
mであり、その出力は冷却された浜松ホトニクスの光電
子増倍管によって検知された。
よって集光されたレーザ・スペクトラムを示す。このサ
ンプルは、2つのレーザ・ピーク:663.7nmにお
けるTEM0,0及び661.6nmにおけるTEM
1,0を有する。ここで、TEM0,0の半値全幅(F
WHM)は0.55nmであり、TEM1,0の半値全
幅(FWHM)は0.55nmである。TEM0,0ピ
ークの波長の長い側では、自然放出信号が分光計のノイ
ズ内に収まっている。TEM1,0ピークの波長の短い
側では、自然放出信号がより大きく、そのピーク強度は
TEM0,0レージング・ピーク強度の1/21であ
る。この自然放出は、アレーのピクセル間領域210か
ら発せられる。本レーザ・アレー装置のピクセル同士の
エッジ間距離を0.6μmより低くした場合、この自然
放出ピーク信号は、TEM0,0レーザ・ピークの強度
の1/57にまで下がった。
記実施例1を参照して説明したものと類似している。但
し、そのアクティブ領域130の有機層厚さは、186
nmのTAPCと、1%のDCJTBを有する20nm
のAlqと、186nmのTAPCとから成り、ピクセ
ル間領域210のエッチング深さは110nmである。
ポンプ・ビーム・パワ入力対レーザ・パワ出力のプロッ
トを図4に示す。図から分かるように、VCSELアレ
ーは、最大で0.02W/cm2のパワ密度閾値を有す
る。この結果は、小径(2.5μm)で広面積の装置に
ついて我々の従前の結果より2オーダ大きさが小さく、
有機レーザ文献(M.Berggrenら、「Natu
re 389」、1997年、466頁)で報告された
ものよりも3オーダ良い。上記小径・広面積装置の閾値
に対して閾値が大幅に小さくなったのは、おそらく、局
所的加熱を少なくしたことと、回折損失を大幅に低減し
たことによる。図4は、レージング閾値の後の傾斜が急
に上がったのに続いて、傾斜は再びレージングより大幅
に高い入力パワ密度に対して落ち始める。これと全く同
じ傾向は広面積装置についても起こった。したがって、
この効果は本アレー固有のものではなく、有機VCSE
Lには一般的なものである。レージング遷移領域の拡大
図を得るために、レーザ出力曲線を均等目盛で図5に再
プロットした。図5は、本アレーが非常にシャープなタ
ーンオンを有することを示している。
固定されていることの証明を提示する。これらスペクト
ラムを得るために、f2コリメータレンズの後にアパー
チャを置いた。図6は、アパーチャを大きく開いた場合
と7mmまで閉じた場合のアレー発光を比較する。2次
元位相固定正方形アレーは光軸に沿ってヌルが存在する
ようにレーザ発光の4つの突出部を発するため、この測
定が実施された(P.L.Gourleyら、「Ap
p.Phys.Lett.58」、1991年、890
頁)。これに対して、アパーチャを7mmまで閉じて
も、広面積(直径2.5μm)レーザのTEM0,0ピ
ークのピーク強度には影響がない。加えて、ポンプ・ビ
ームによって画像化されるアレーのサイズ(約210μ
m直径)が与えられると、等価なコヒーレント広面積レ
ーザは、最大0.2°の角拡散、又は(7mmアパーチ
ャによる減衰を受けない結果として)50mmコリメー
タレンズにおける最大0.2mmのビーム拡散を有す
る。
イズが大きくなったときにレーザ線幅を狭くすることの
効果として到来する(P.L.Gourleyら、「A
pp.Phys.Lett.58」、1991年、89
0頁)。多くの場合、同じVCSELアレーは、150
mmレンズ及び300mmレンズの双方を用いて画像化
された。ここで、測定されたポンプ・ビーム・スポット
・サイズはそれぞれ、21×29μm、及び52×73
μmであった。前者の場合、TEM0,0モードは最大
0.54nmのFWHMを有し、大きなスポット・サイ
ズの場合、FWHMは最大0.47nmまで狭くなっ
た。追加的な証明は、異なるピクセル間距離のアレーが
テストされたときに線幅が狭くなることから到来する。
例えば、同じVCSELサンプルにおいてピクセル間の
間隔が10μmから1μmに縮められると、上記2つの
モードのレーザ線幅は0.54及び1.04nmからそ
れぞれ0.45及び0.86nmへ落ちる。
レーザ・ピクセルの2次元アレーからの位相固定レーザ
発光を可能にするのに特に適した有機面発光レーザ構成
を提供することができる。
次元位相固定有機垂直キャビティ・レーザ・アレーの概
略側面図である。
次元位相固定有機垂直キャビティ・レーザ・アレーの概
略上面図である。
ャビティ・レーザ・アレーについてのレーザ発光スペク
トラムを示す強度対波長のグラフである。
アレーについての光出力パワ対入力パワを示すグラフで
ある。
機垂直キャビティ・レーザ・アレーについてのポンプ・
パワ入力対レーザ・パワ出力を示すグラフである。
アレーのレーザ・スペクトラム上でレンズ口径を閉じた
ときの影響を示すグラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】 有機垂直キャビティ・レーザ・アレー装
置であって、 a) 所定波長域を越える光を反射する底部誘電スタッ
クと、 b) レーザ光を生成する有機アクティブ領域と、 c) 前記底部誘電スタックから間隔があけられ、所定
波長域を越える光を反射する上部誘電スタックと、 d) 該底部誘電スタックの表面に形成され、アレーを
定義するエッチングされた領域と、を有し、 前記アレーは、間隔があけられたレーザ・ピクセルから
成り、 これらレーザ・ピクセルは、前記アレーがコヒーレント
位相固定レーザ光を発するようにそれらピクセル間の領
域よりも高い反射率を有する、ことを特徴とする有機垂
直キャビティ・レーザ・アレー装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の有機垂直キャビティ・レ
ーザ・アレー装置であって、 前記アクティブ領域は、 1以上の周期的ゲイン領域と、 該周期的ゲイン領域の一方の側面上に配置され、該周期
的ゲイン領域が本装置の定常波電磁界の波腹と揃うよう
に並べられた有機スペーサ層と、を有することを特徴と
する有機垂直キャビティ・レーザ・アレー装置。 - 【請求項3】 請求項1記載の有機垂直キャビティ・レ
ーザ・アレー装置であって、装置であって、 ポンプ・ビーム光は、前記誘電スタックの少なくとも一
を通って前記有機アクティブ領域内へ伝達・導入される
ことを特徴とする有機垂直キャビティ・レーザ・アレー
装置。 - 【請求項4】 有機垂直キャビティ・レーザ・アレー装
置であって、 a) 所定波長域を越える光を反射する第一の誘電スタ
ックと、 b) レーザ光を生成する有機アクティブ領域と、 c) 前記第一の誘電スタックから間隔があけられ、光
を反射する第二の金属層と、 d) 前記第一の誘電スタックの表面に形成され、アレ
ーを定義するエッチングされた領域と、を有し、 前記アレーは、間隔があけられたレーザ・ピクセルから
成り、 これらレーザ・ピクセルは、前記アレーがコヒーレント
位相固定レーザ光を発するようにそれらピクセル間の領
域よりも高い反射率を有する、ことを特徴とする有機垂
直キャビティ・レーザ・アレー装置。
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