JP2004282012A - 外部励起ビーム光源を付属可能な有機レーザ - Google Patents

外部励起ビーム光源を付属可能な有機レーザ Download PDF

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Abstract

【課題】 有機共振器型レーザデバイスをインコヒーレント光源に取り付け、動的に合わせる便利な方法を提供する。
【解決手段】 垂直共振器型有機レーザデバイスは、励起ビームを受けて透過させるが所定範囲の波長を超えるレーザ光を反射する底部誘電体層と、前記誘電体層を透過した前記励起ビームを受けてレーザ光を放出する有機活性層と、透過した前記励起ビームと前記有機活性層からの前記レーザ光を反射して前記有機活性層に戻す頂部誘電体層とを備え、前記底部及び頂部誘電体層及び有機活性層との組み合わせによってレーザ光を生じる有機レーザ共振器と、前記有機レーザ共振器を光励起する外部励起ビーム光源と、前記有機レーザ共振器を前記外部励起ビーム光源と間隔を空けて配置するポジショナとを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、およそ有機レーザに関し、特に垂直共振器型有機レーザ、または有機レーザ共振器型デバイスに関する。さらに、本発明は、有機レーザ共振器型デバイスを外部励起ビーム光源に対して所定の位置関係に位置合わせすることである。
ＡｌＧａＡｓ等の無機半導体を用いた垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、８０年代半ば以来、開発されている（K. Kinoshita et al., IEEE J. Quant. Electron. Vol. QE-23, No. 6, June 1987）。それによって、波長８５０ｎｍの光を発光するＡｌＧａＡｓベースの垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が多くの会社によって製造され、それらは１００年を超える寿命に達している（K. D. Choquette et al., Proc. IEEE Vol. 85, No. 11, November 1997）。近年の近赤外レーザにおける成功に乗って、可視波長領域で発光する垂直共振器型面発光レーザを製造するため、他の無機材料の系統へ注意が向けられている（C. Wilmsen et al., "Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers", Cambridge University Press, Cambridge, 2001）。可視光領域レーザには、ディスプレイ、光記録媒体の読み出し／書き込み、レーザプリント、それにプラスチック光ファイバを用いた短距離通信等の多くの用途がある（T. Ishigure et al., Electron. Lett. Vol. 31, No. 6, March 16 [1995]）。世界中の産学の研究所による努力にもかかわらず、端面発光型レーザであれ垂直共振器型面発光レーザであれ、可視スペクトルにかかる可視光領域レーザダイオードを生み出すにとどまっている。
有機ベースの利得材料（gain material）は、可視光スペクトルにおいて無機ベースの利得材料よりも多くの利点を持つので、可視光領域の垂直共振器型面発光レーザを生み出すために、無機ベースの材料を断念し、有機ベースのレーザシステムに絞ることは都合がよい。例えば、有機ベースの利得材料は、低い非励起散乱／吸収損失と高い量子効率の特性を有している。無機系レーザシステムと比較すると、有機レーザは、相対的に安価に製造でき、可視光領域全体にわたって発光させることができ、任意の大きさにすることができ、最も重要なこととしては、一つのチップから赤、緑、青等の複数波長の光を発光させることができることである。ここ何年にもわたって有機ベース固体レーザの作成への関心が増している。レーザの利得材料には高分子又は低分子があり、マイクロ共振器型（Kozlov et al., 米国特許第６、１６０、８２８号）、導波路、リング型マイクロレーザ、及び分散型フィードバック等の複数の異なった共鳴共振構造が提案されている（例えば、G. Kranzelbinder et al., Rep. Prog. Phys. 63, 2000、及びDiaz-Garcia, 米国特許第５、８８１、０８３号）。これら全ての構造に伴う問題は、レーザ発光させるために別のレーザ光源を用いて光励起させることによって共振器を刺激することが必要である。およそよりコンパクトにでき、構造を調節しやすいので、レーザ共振器を電気的に励起させることが好ましい。
有機レーザを電気的に励起するための主な障害は、有機材料のキャリア移動度が通常１０−５ｃｍ２／（Ｖ・ｓ）の程度と小さいことである。この低いキャリア移動度を伴うデバイスでは、大きな電圧降下やオーム加熱を避けるために薄膜で用いることは制限される。これらを薄膜にすると、損失の多いカソード及びアノードを貫くレージングモードとなり、その結果、レージング閾値が大きくなる（V. G. Kozlov et al., Journal of Applied Physics, Vol 84, No. 8, October 15, 1998）。有機材料中での電子−ホール再結合は、ランジェバン再結合（そのレートがキャリア移動度として量られる）によって支配されるので、低いキャリア移動度のために一重項励起より多い電荷キャリアを有する大きさとなり、この影響の一つとして、電荷誘導（ポーラロン）吸収によって大きな損失機構が生じる（N. Tessler et al., Applied Physics Letters, Vol. 74, No. 19, May 10, 1999）。レーザデバイスが５％の内部量子効率を有すると仮定すると、現在まで報告されている最低のレージング閾値〜１００Ｗ／ｃｍ２（M. Berggren et al., Letters To Nature, Vol. 389, October 2, 1997）を用い、上述の損失機構を無視すれば、電気的に励起するレージング閾値の下限が１０００Ａ／ｃｍ２となる。これらの損失機構を含めるとレージング閾値は、現在まで報告されたところで有機デバイスで維持できる最高の電流密度である１０００Ａ／ｃｍ２を軽く超えてしまう（N. Tessler, Advanced Materials 1998, 10, No. 1）。
有機レーザについて電気的に励起する方法に代わる別の方法としては、無機（M. D. McGehee et al. Aplied Physics Letters, Vol. 72, No. 13, March 30, 1998）又は有機（Berggren et al., 米国特許第５，８８１，０８９号）の発光ダイオード（ＬＥＤ）等のインコヒーレント光源によって光励起する方法がある。これは、特に、能動媒質（active media）としてホスト−ドーパントの組み合わせを用いた場合には、レーザ波長における散乱及び吸収損失（〜０．５ｃｍ−１）を大幅に減らした非励起有機レーザシステムの結果である。これらの小さい損失を利用してさえ、現在まで導波路型レーザ設計に基づいて報告された有機レーザについての光励起閾値の下限は１００Ｗ／ｃｍ２である（M. Berggren et al., Letters To Nature, Vol. 389, October 2, 1997）。オフ・ザ・シェルフの無機ＬＥＤではわずかに〜２０Ｗ／ｃｍ２までのエネルギー密度を提供できるのみであるので、インコヒーレント光源で光励起を利用する別の経路を見つける必要がある。さらに、レージング閾値を低くするために、利得体積を最小化するレーザ構造を選ぶ必要があり、ＶＣＳＥＬベースの有機マイクロ共振器型レーザはこの基準を満たしている。ＶＣＳＥＬベースの有機レーザ共振器は光励起エネルギー密度の閾値を５Ｗ／ｃｍ２以下とできる。その結果、実際の有機レーザデバイスはＬＥＤ等の直ぐに利用可能な様々なインコヒーレント光源で光励起により駆動できる。
光励起手段としてＬＥＤを用いた場合の欠点は、ＬＥＤが有機共振器型レーザデバイスの不可欠な一部として組み込まれることである。そのため、間違って配置された場合にＬＥＤの配置を完成させることは困難であり、直ちに変えることもできない。
有機共振器型レーザデバイスをインコヒーレント光源に取り付け、動的に合わせる便利な方法が必要とされている。
上記課題は、以下の本発明に係る垂直共振器型有機レーザデバイスによって解決できる。本発明に係る垂直共振器型有機レーザデバイスは、励起ビームを受けて透過させるが所定範囲の波長を超えるレーザ光を反射する底部誘電体層と、前記誘電体層を透過した前記励起ビームを受けてレーザ光を放出する有機活性層と、透過した前記励起ビームと前記有機活性層からの前記レーザ光を反射して前記有機活性層に戻す頂部誘電体層とを備え、前記底部及び頂部誘電体層及び有機活性層との組み合わせによってレーザ光を生じる有機レーザ共振器と、前記有機レーザ共振器を光励起する外部励起ビーム光源と、前記有機レーザ共振器を前記外部励起ビーム光源と間隔を空けて配置するポジショナ（positioner）とを備えたことを特徴とする。
本発明の別の態様は、励起ビームを少なくとも一つの垂直共振器型有機レーザデバイスに指向させる方法であって、該方法は、外部励起ビーム光源と少なくとも一つの垂直共振器型有機レーザデバイスとの間の間隔を選択するステップと、光線が前記外部励起ビーム光源から少なくとも一つの前記垂直共振器型有機レーザデバイスに指向されるように前記外部励起ビーム光源と少なくとも一つの前記垂直共振器型有機レーザデバイスとを位置決めするステップとを含むことを特徴とする。
有機レーザ共振器型デバイスの利点は、低いレージング閾値を持つことであり、それによって励起ビーム光源を選ぶ大きな自由度が得られ、励起光源と有機レーザ共振器型デバイスとの間隔を空けることができる。本発明の第２の利点は、有機共振器型レーザデバイスをインコヒーレント光源に取り付け、動的に合わせる便利な方法を提供できることである。
理解を容易にするために、図面において同一の部材には同一の符号を付している。
本発明において、垂直共振器型有機レーザデバイス（ＶＣＳＥＬ）の語句は「有機レーザ共振器型デバイス」として短くして用いる場合もある。有機レーザ共振器構造は、大きなエリア構造として作製され、発光ダイオード（ＬＥＤ）で光励起される。
図１は、垂直共振器型有機レーザデバイス１０を示す概略図である。基板２０は、意図した光励起方向及び発光方向に対応して光透過性又は不透明のいずれであってもよい。光透過な基板２０には、ガラス、プラスチック、又はサファイア等のその他の透明材料であってもよい。別の例として、不透明な基板には、以下に制限するものではないがシリコン等の半導体材料、セラミック材料が含まれ、光励起と発光とを同じ面を介して行う場合に用いられる。基板上には底部誘電体層３０が堆積され、その後に有機活性層４０が続く。そして、頂部誘電体層５０を堆積させる。励起ビーム６０によって垂直共振器型レーザデバイス１０を光励起する。励起ビーム６０の光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）からの発光等のようにインコヒーレントであってもよい。別の例として、励起ビーム６０は、コヒーレントなレーザ光源に由来していてもよい。図では頂部誘電体層５０からのレーザ発光を示している。別例として、誘電体層の反射率を適当に設計することによって基板２０を通したレーザ発光によって頂部誘電体層５０を介して光励起してもよい。シリコン等の不透明な基板の場合には光励起とレーザ発光の両方を頂部誘電体層５０を介して行ってもよい。
有機活性領域用の好ましい材料としては、主として高真空加熱蒸着によって堆積させる低分子量有機物のホスト−ドーパントの組み合わせである。これらのホスト−ドーパントの組み合わせによれば、利得媒体について非励起散乱／吸収損失が非常に小さいという利点がある。真空中で堆積させた材料はスピンコートさせた高分子材料よりも均一に堆積させることができるので、有機分子は低分子量であることが好ましい。また、本発明で用いられるホスト材料は、励起ビームを十分に吸収できるように、そして励起エネルギーが高い割合でフェスター（Foerster）エネルギー移動を介してドーパント物質に移動するように選択することが好ましい。当業者は、ホストとドーパント分子間での放射を伴わないエネルギー移動を含むフェスター（Foerster）エネルギー移動に通じている。赤色レーザ発光についてのホスト−ドーパントの組み合わせは、ホストとしてのアルミニウム・トリス（８−ヒドロキシキノリン）（Alq）と、（体積比１％の）ドーパントとしての［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リジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン］（ＤＣＪＴＢ）である。他のホスト−ドーパントの組み合わせも他の波長の発光について用いることができる。例えば、緑色の場合には、有用な組み合わせは、ホストとしてのＡｌｑと、（体積比０．５％の）ドーパントとしての［１０−（２−ベンゾチアゾリル）−2,3,6,7,-テトラヒドロ−1,1,7,7-テトラメチル−1H,5H,11H−［１］ベンゾピラノ［6,7,8-ij］キノリジン−１１−オン］（Ｃ５４５Ｔ）の組み合わせである。他の有機利得領域材料としては、ここに参考として挙げる米国特許第６１９４１１９号に記載の、ポリフェニレンビニレン誘導体、ジアルコキシ−ポリフェニレンビニレン、ポリ−パラ−フェニレン誘導体、及びポリフルオレン誘導体等の高分子物質がある。透過した励起ビーム光を受光し、レーザ発光することが有機活性領域４０の目的である。
底部及び頂部誘電体層３０、５０は、それぞれ通常の電子ビーム堆積法によって堆積させることが好ましく、ＴｉＯ２及びＳｉＯ２等の高誘電率材料と低誘電率材料をそれぞれ用いてもよい。別の材料として高誘電率層にはＴａ２Ｏ５等を用いてもよい。底部誘電体層３０は、約２４０℃で堆積させる。頂部誘電体層５０を堆積させるプロセスの間、有機活性材料の融解をさけるために７０℃周辺で維持する。本発明の別の実施の形態では、頂部誘電体層は、反射性の金属鏡面層を堆積させて置き換えられる。およそ金属としては、反射率が９０％を超える銀又はアルミニウムである。この別例では、励起ビーム６０とレーザ発光７０の両方が基板２０を介して進む。底部誘電体層３０と頂部誘電体層５０の両方は、レーザ共振器１０の所望の発光波長に従って所定範囲の波長を超えるレーザ光を反射する。
非常に高い技巧による垂直マイクロ共振器を用いることによって０．１Ｗ／ｃｍ２以下のエネルギー密度という非常に低いしきい値でのレーザ遷移を可能にする。低いしきい値によって、他のレーザシステムに用いられている従来のレーザダイオードからの出力の合焦に代えて励起に用いられるインコヒーレントな光源を実現することができる。励起光源の例としては、ＵＶ ＬＥＤ又はＵＶ ＬＥＤアレイ（例えば、クレー社のＸＢＲＩＧＨＴ９００Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｐｏｗｅｒ Ｃｈｉｐ ＬＥＤ）である。これらの光源は、中心が約４０５ｎｍの波長の光を発光し、チップ形態で２０Ｗ／ｃｍ２程度のエネルギー密度を生じさせることが知られている。そこで、デバイスパッケージング及びＬＥＤの拡張角度発光プロファイルのために利用効率に制限を受けているが、それでもＬＥＤの明るさはレーザ閾値より数倍の準位にレーザ共振器を励起させるに十分である。
レーザの効率は、垂直共振器型有機レーザデバイス８０について図２に示されているように、活性領域を設けることでさらに改善される。有機活性領域には、一以上の周期的な利得領域１００と、その周期的な利得領域のいずれかの側面の上に配置された有機スペーサ層１１０とを含み、それによって周期的な利得領域は、デバイスの定在波の電磁場１２０の波腹１０３に合わされる。図２には、有機活性領域４０におけるレーザの定在電磁場パターン１２０が概略的に示されている。誘導放出は波腹（アンチノード）１０３で最大であり、ノード１０５の電磁場は無視しうるものであるので、図２に示されているように活性領域４０を形成することが有利となる。有機スペーサ層１１０は誘導放出又は自然放出を受けず、レーザ発光７０及び励起ビーム６０の波長のいずれもほとんど吸収しない。有機スペーサ層１１０の例としては、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）がある。ＴＡＰＣは、レーザ発光７０及び励起ビーム６０の波長のいずれもほとんど吸収せず、しかもその反射率がほとんどの有機ホスト材料の反射率よりもわずかに低いので、スペーサ材料としてうまく働く。この反射率の差は、波腹１０３の電磁場と周期的な利得領域１００との重なりを最大にするように助けるので有用である。本発明に関して以下に述べているように、バルク状の利得領域に代えて周期的な利得領域を用いることによって、より高いエネルギー変換効率が得られ、望ましくない自然放出を劇的に減らすことができる。標準的な光のマトリックス方法（S.Corzineetal., IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 25, No. 6, June 1989）を用いて周期的な利得領域１００の配置を決められる。よい結果を得るためには、望ましくない自然放出を避けるために周期的利得領域１００の厚さは５０ｎｍ以下であることが必要である。
図３に示すように、位相固定型有機レーザアレイデバイス１９０を用いて空間コヒーレントの程度を維持しながらレーザを増すことができる。２次元位相固定型有機レーザアレイデバイス１９０を形成するため、画素間領域２１０によって分離された有機レーザ共振器型デバイス２００は、ＶＣＳＥＬの面に画定する必要がある。位相固定を得るため、強度及び位相情報は、複数の有機レーザ共振器型デバイス２００の間で変えることが好ましい。固有の反射率の和を小さくするか又は利得導波を小さくするか、例えば、ミラーの一つの反射率を調整することによって、画素領域への弱制限レーザ発光によって最高の状態が得られる。ある実施の形態では、底部誘電体層３０における標準的なフォトリソグラフィック及びエッチング法を用いたエッチング領域２２０のパターニング及び形成に影響され、底部誘電体層３０の面の上に円柱状の２次元アレイを形成する。有機レーザマイクロ共振器構造の残りは上述のようにパターン化された底部誘電体層３０上に堆積される。ある実施の形態では、レーザ画素の形状は円柱状であるが、矩形形状等の他の形状であってもよい。画素間領域２１０は、０．２５μｍ〜４μｍの範囲にある。また、位相固定型アレイ動作は、より大きな画素間領域について生じるが、光励起エネルギーの非効率的な利用を招くことになる。エッチング深さは、エッチング領域２２０を形成するために２００ｎｍ〜１０００ｎｍの深さにすることが好ましい。底部誘電体層において奇数番号の層をちょうど超えてエッチングすることによって、エッチング領域において縦モード波長を利得媒体のピークから離れて大きくシフトさせるほど影響を与えることができる。従って、レーザ駆動が妨げられ、画素間領域２１０の自然放出が大きく減る。エッチング領域２２０形成の最後の効果として、レーザ発光が有機レーザ共振器型デバイス２００に弱く制限され、画素間領域２１０から生じるレーザはなく、アレイ１９０によってコヒーレントな位相固定されたレーザ光が放出される。
また、有機レーザ共振器型デバイスともいわれる有機ＶＣＳＥＬの利点の一つは、個々にアドレス可能な部材のアレイを容易に作製することができることである。このようなアレイでは、各部材は隣りとインコヒーレントであって励起光源（例えば、ＬＥＤ又はＬＥＤ群）によって隔てられている。アレイは用途に応じて１次元（直線状）又は２次元（面状）のいずれかとすることができる。また、アレイの部材は、一つのアレイで複数の波長について生成するように複数のホスト−ドナーの組み合わせ及び／又は複数の共振器を備えていてもよい。
図４ａは、垂直共振器型有機レーザデバイス１０及びポジショナ２４０で位置決めされた励起ビーム光源２３０の断面図である。ポジショナ２４０は、励起ビーム光源２３０を垂直共振器型有機レーザデバイス１０に対して間隔を空けて保持するフレームワーク２５０を備える。垂直共振器型有機レーザデバイス１０と励起ビーム光源２３０との間の最適な間隔はアジャスタ２６０ａ、２６０ｂによって維持される。アジャスタ２６０ａ、２６０ｂは、圧電チップ又は超微細ネジであってもよく、矢印２７０ａ、２７０ｂで示される方向に垂直共振器型有機レーザデバイス１０を動かすことができる。ポジショナ２４０は、さらに励起ビーム光源２３０から垂直共振器型有機レーザデバイス１０へ光線３００を向ける励起ビーム光コーン２８０と、励起ビーム光源ホルダ２９０とを備えている。（励起ビーム光コーン２８０は、およそ反射器からなる集光機構である。）図４ａに示された実施の形態では、励起ビーム光源２３０は、ＣＲＥＥ ＭｅｇａＢｒｉｇｈｔ（商標）ＬＥＤである。
垂直共振器型有機レーザデバイス１０の利点の一つは、波長λ１に非常に近い光を放出させることができることである。垂直共振器型有機レーザデバイス１０の出力をある特定波長λ１から別の特定波長λ２へ動的にシフトさせることができることである。
図４ｂを参照すると、垂直共振器型有機レーザデバイス１０の出力を動的にシフトさせるある技術は、非線形周波数混合、例えば、第２高調波生成器である。第１垂直共振器型有機レーザデバイス１０からの発光λ１は第２高調波発生器３０５に向けられる。第２高調波生成器３０５は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の材料からなる。第２高調波発生器３０５は、周波数を２倍にするか、又はλ２＝λ１／２の式で示されるように版分にする。
図４ｃは、垂直共振器型有機レーザデバイス１０の出力を動的にシフトさせる別の技術を示している。垂直共振器型有機レーザデバイス１０からの発光λ１は、加算又は差分周波数生成器３０８に導かれ、一方、第２垂直共振器型有機レーザデバイス３１５からの発光λ２もまた加算又は差分周波数生成器３０８に導かれる。加算又は差分周波数生成器３０８は、λ３＝λ１＋又は−λ２の式に規定するように周波数の加算又は減算のいずれかを行う。加算又は差分周波数生成器３０８は、ニオブ酸リチウム等の材料からなる。
図５は、本発明に係る別の実施の形態の両方ともポジショナ３１０で保持した垂直共振器型有機レーザデバイス１０及び励起ビーム光源２３０との概略断面図である。図４ａについて上述したように、同じ符号は同じ部材を示している。示された実施の形態では、垂直共振器型有機レーザを介する光路は、反転され、それによって垂直共振器型有機レーザデバイス１０は頂部誘電体層５０を介して底部誘電体層３０と基板２０とで反射されたレーザ発光によって光励起される。この別の実施の形態では、底部誘電体層３０によって励起ビーム光３００とレーザ発光７０の両方を反射する。底部誘電体層３０と頂部誘電体層５０の両方ともに、垂直共振器型有機レーザデバイス１０の所望の発光波長に応じて所定波長範囲を超えるレーザ光を反射する。頂部誘電体層５０は励起ビームの波長について透過性であることが好ましい。ポジショナ３１０は、励起ビーム光源２３０を垂直共振器型有機レーザデバイス１０に対して間隔を空けて保持するフレームワーク３２０を備える。垂直共振器型有機レーザデバイス１０と励起ビーム光源２３０との間の最適な間隔はアジャスタ２６０ａ、２６０ｂによって維持される。アジャスタ２６０ａ、２６０ｂは、圧電チップ又は超微細ネジであってもよく、矢印２７０ａ、２７０ｂで示される方向に垂直共振器型有機レーザデバイス１０を動かすことができる。ポジショナ２４０は、さらに励起ビーム光源２３０から垂直共振器型有機レーザデバイス１０へ光線３００を導いて、レーザ発光７０を透過させる励起ビーム光コーン３３０を備えている。励起ビーム光コーン３３０によって、励起ビーム光３００を垂直共振器型有機レーザデバイス１０に導き、レーザ発光７０を透過させる。励起ビーム光コーン３００は、励起ビーム光の波長を反射して、レーザ発光７０を透過させる光透過フィルタからなっていてもよい。このようなフィルタおよそ複数の誘電体層の堆積によって構成されている。このようなフィルタを利用しうることは周知である。ポジショナ３１０は、さらに励起ビーム光源ホルダ３４０を備えている。
図６は、垂直共振器型有機レーザアレイ１９０のポジショナ３６０によって外部励起光源３５０と間隔を空けて保持された概略断面図である。ポジショナ３６０は、外部励起ビーム光源３５０を保持するフレームワーク３７０と、反射器３８０と、平行光学系３９０とを備える。垂直共振器型有機レーザアレイ１９０と外部励起光源３５０との最適な間隔はアジャスタ４００ａ，４００ｂ，４１０ａ、４１０ｂを用いて維持される。アジャスタ４００ａ、４００ｂ、４１０ａ、４１０ｂは、微細なネジでもよく、それによって垂直共振器型有機レーザアレイ１９０を矢印４２０ａ、４２０ｂ、４３０ａ、４３０ｂの示す方向に移動させることができる。ポジショナ３６０によって反射器３８０と集光機構４３５とを用いて外部励起ビーム光源３５０から平行光学系３９０を介して垂直共振器型有機レーザアレイ１９０に光線４４０を向ける。示された実施の形態では、外部励起光源３５０は、どんなインコヒーレント光源を用いてもよい。別の例では、外部励起ビームは、コヒーレント光源（図示せず）、あるいは図４ａに示す励起ビーム光源から発したものであってもよい。
図７は、本発明のさらに別の実施の形態における、図示しない他の面から反射されて戻ってきたレーザ発光を検出するように合わせたセンサ４５０を有する少なくとも２つの垂直共振器型有機レーザデバイス１０を備えた垂直共振器型有機レーザアレイ１９０の概略断面図である。図１及び図４ａで既述したように同一の符号を付したものは同一の部材及び機能を示している。センサ４５０は、図９ａに示したように垂直共振器型有機レーザアレイ１９０の中心に配置してもよい。センサは、光電倍増管、無機半導体光起電性センサ、有機半導体光起電性センサ、無機半導体光電流センサ、有機半導体光電流センサであってもよい。図７及び図９ａに示された垂直共振器型有機レーザアレイ１９０は、全て同じ波長に合わせた複数の垂直共振器型有機レーザデバイス１０を備える。上述の励起ビーム光源２３０によって各垂直共振器型有機レーザデバイス１０が光励起され、それによって垂直共振器型レーザアレイ１９０からレーザが発せられ、頂部誘電体層５０からレーザ発光が生じる。レーザ発光が別の面に当った場合、そのレーザ発光は垂直共振器型有機レーザアレイ１９０に向って反射される。センサ４５０は、反射光４６０の波長にのみ感応するように合わされる。センサ４５０は反射光４６０を検出すると同時にライン４７０を通じて信号をメモリ及び制御ユニット（図示せず）に送る。信号はアラームを鳴らすか、又は他のデバイスのスイッチを入れるか又は切るように用いてもよい。
図８は、本発明の別の実施の形態の２つの垂直共振器型有機レーザアレイ１９０の間に配置されたセンサ４５０と、垂直共振器型有機レーザアレイ１９０、センサ４５０、及び励起ビーム光源２３０の間の間隔を維持するポジショナ２４０を有する垂直共振器型有機レーザアレイ１９０とを示す。上述したように同じ符号は同じ部材及び機能を示す。アレイがレーザを発する場合、生じた発光７０は他の面に当って垂直共振器型有機レーザアレイ１９０に向って反射され、反射光４６０の波長にのみ合わされたセンサ４５０によって反射光を検出し、ライン４６０を通じてメモリ及び制御ユニット（図示せず）に信号を送る。垂直共振器型有機レーザアレイ１９０は、隣接する垂直共振器型有機レーザデバイス１０から放出される光の波長とは異なる可視光の波長の光を放出する一以上の垂直共振器型有機レーザデバイス１０を備えてもよい。同様に、垂直共振器型有機レーザアレイ１９０の上に配置された一以上のセンサ４５０は、放出される光とは異なる波長に合わされる。一以上の垂直共振器型勇気レーザデバイス１０が垂直共振器型有機レーザアレイ１９０に組み込まれ、同じ波長を発する場合には、上述のように位相固定される。しかし、垂直共振器型有機レーザデバイス１０は同じ波長を発する必要がないので、異なる波長で発することになる。
図９ａに示す垂直共振器型有機レーザアレイ１９０は、同じ波長に合わされた複数の垂直共振器型有機レーザデバイス１０と、レーザ発光７０が別の面（図示せず）で反射され戻ってくる光を検出するように合わされたセンサ４５０とを備える。センサ４５０は図９ａに示されたように垂直共振器型有機レーザアレイ１９０の中央に配置してもよく、又は、垂直共振器型有機レーザアレイ１９０の他の場所に配置してもよい。センサは、光電倍増管、無機半導体光起電性センサ、有機半導体光起電性センサ、無機半導体光電流センサ、有機半導体光電流センサであってもよい。
図９ｂに示す垂直共振器型有機レーザアレイ１９０は、赤「Ｒ」の波長と緑「Ｇ」の波長にそれぞれ交互に合わされ、Ｇ−Ｒ−Ｇ列４５５に続いてＲ−Ｇ−Ｒ列４５６が続く垂直共振器型レーザ４４８、４４９を備える。垂直共振器型有機レーザアレイ１９０の中央に配置されたセンサアレイ４５７は、赤の波長に感応する感応領域４５８と、緑の波長に感応する感応領域４５９とを備える。感応領域４５８、４５９は、上述の異なるタイプのセンサの一以上の組み合わせであってもよい。また、特定波長への感度はカラーフィルタ（図示せず）によって制御できる。
図１０は、本発明に係る反射器４９０を含む垂直共振器型有機レーザデバイス１０とポジショナ４８０とを示している。上述したように、同一の符号は同一の部材及び動作を示している。反射体４９０によって、矢印５１０に示す方向に曲がるＭＥＭＳデバイス又はテキサスインスツルメントデジタルマイクロミラーデバイス（商標）等の反射部材５００を保持する。反射部材５００によって垂直共振器型有機レーザデバイス１０から放出されたレーザ発光７０をそらせる。
図１１を参照すると、ポジショナ４８０によって垂直共振器型有機レーザアレイ１９０をコネクタ５４０を介して外部励起ビーム光源５３０と間隔を空けて保持する。コネクタ５４０によって外部励起ビーム光源の外面５５０に安全に取りつけることができる。外部励起ビーム光源５３０は、例えば自動車のヘッドライトでガスケットリング５６０によってコネクタ５４０と外部励起ビーム光源５３０の外面５５０との間にダイマックス社（Dymax Corporation）製のＯＰ２９（商標）等の接着剤５８０を保持する容器５７０を構成するシールを形成する。接着剤５８０は、屈折率適合媒体として機能する。光透過性を劣化させないために垂直共振器型有機レーザアレイ１９０の基板２０の屈折率を外部励起ビーム光源５３０の屈折率に適合させなければならない。例えば、上述したように、垂直共振器型有機レーザアレイ１９０を光線６１０として励起ビーム５９０を発する外部励起ビーム光源５３０として働く自動車のヘッドライト６００に取り付けてもよい。コネクタ５４０によって励起ビーム５９０を捕らえて垂直共振器型有機レーザアレイ１９０に向ける。垂直共振器型有機レーザアレイ１９０をヘッドライト６００の中央に取り付けることによって、光線６１０の大半はコネクタ５４０に捕らえられず、自動車の通常の走行用の照明を提供できる。垂直共振器型有機レーザアレイ１９０は、フラッシュライト、サーチライト、又は電灯等のあらゆる外部励起ビーム光源５３０にコネクタ５４０を用いて取り付けることができる。
図１２に、本発明の別の実施の形態を示しており、ポジショナ４８０によって垂直共振器型有機レーザアレイ１９０を外部励起ビーム光源５３０及びコネクタ５４０と間隔を空けて保持する。コネクタ５４０によって平行光学系６１５を用いて外部励起ビーム光源５３０の外面５５０に安全に取り付けることができる。図１１について既述したように、同一の符号は同一の部材及び動作を示している。取り付けは、平行光学系６１５を外部励起ビーム光源５３０に上述の接着剤５８０を用いて直接マウントすることによって行われる。ここで記載した実施の形態では、接着剤５８０は平行光学系６１５の底面６１８と外部励起ビーム光源５３０の外面５５０との間に塗布される。コネクタ５４０によって励起ビーム５９０が捕らえられ、垂直共振器型有機レーザアレイ１９０に向けられる。
図１３には本発明のさらに別の実施の形態が示され、ポジショナ４８０はアジャスタ６２０ａ、６２０ｂ、それに吸引カップ状の脚６３０ａ、６３０ｂを備えたコネクタ５４０を用いて外部励起ビーム光源５３０の外面５５０に取りつける。また、ポジショナ４８０によって垂直共振器型有機レーザアレイ１９０を外部励起ビーム光源５３０と間隔を空けて保持する。アジャスタ６２０ａ、６２０ｂは垂直共振器型有機レーザアレイ１９０と外部励起ビーム光源５３０との間の最適な間隔を維持するために用いられる。アジャスタ６２０ａ、６２０ｂは、超微細ネジであってもよく、それによって矢印６４０ａ、６４０ｂに示す方向に垂直共振器型有機レーザアレイ１９０を移動させることができる。コネクタ５４０によって光線４４０の一部を捕らえて励起ビーム５９０を垂直共振器型有機レーザアレイ１９０に向ける。
図１４に本発明のまたさらに別の実施の形態が示され、ポジショナ５４０は、外部励起ビーム光源５３０の外面５５０に直接取り付けられ、垂直共振器型有機レーザアレイ１９０を外部励起ビーム光源５３０と間隔を空けて保持する。上部ガスケット６６０ａ、６６０ｂと下部ガスケット６６０ｃ、６６０ｄをそれぞれ有するネジ棒６５０ａ、６５０ｂを備えたコネクタ５４０によって外部励起ビーム光源５３０の外面５５０にネジ棒６５０ａ、６５０ｂとナット６７０ａ、６７０ｂとを介して取り付けられる。ガスケット６６０ａ、６６０ｂ、６６０ｃ、及び６６０ｄは、外面５５０の素材と垂直共振器型有機レーザアレイ１９０の基板２０との屈折率を適合させるＣａｒｇｉｌｌｅ（商標）屈折率液体シリーズＡ等の屈折率適合媒体を保持するために用いることができる。例えば、基板２０がガラスであって、外面５５０がガラスの場合には、液体の適当な屈折率は１．５〜１．６の範囲である。垂直共振器型有機レーザアレイ１９０と外部励起ビーム光源５３０との間の最適な間隔はアジャスタ６２０ａ、６２０ｂを用いて維持される。アジャスタ６２０ａ、６２０ｂは超微細ネジであってもよく、それによって矢印６４０ａ、６４０ｂの示す方向に垂直共振器型有機レーザアレイ１９０を移動させることができる。コンテナ５４０によって光線４４０の一部を捕らえ、励起ビーム５９０を垂直共振器型レーザアレイ１９０に向ける。
図１５は、垂直共振器型有機レーザアレイ１９０とポジショナ４８０によって所定位置に保持された外部励起ビーム光源５３０との断面図である。ある実施の形態において、ポジショナのフレームワーク７００によって外部励起ビーム光源５３０と垂直共振器型有機レーザアレイ１９０とスペクトル変更媒体（spectral modifying medium）７１０とを間隔を空けて保持する。図１３において既述したように、同じ符号は同じ部材及び動作を示している。スペクトル変更媒体７１０は、青色光をよく透過させるＷｒａｔｔｅｎ９８（商標）等の特定タイプのフィルタであってもよい。さらに、スペクトル変更媒体７１０は、中間の密度を有し、垂直共振器型有機レーザアレイ１９０に向けられる励起ビーム５９０の光量を増やしてレーザ発光７０の強度を変更することができる。レーザ発光７０の強度はスペクトル変更媒体７１０の密度に対応して変更される。図１５に示された実施の形態では、垂直共振器型有機レーザアレイ１９０を示している。また、ポジショナのフレームワーク７００によって図４ａに示す単独の垂直共振器型有機レーザデバイス１０を保持できることはもちろんである。
本発明は、垂直共振器型有機レーザデバイスであって、垂直共振器型有機レーザデバイスの出力は特定波長の光である。
本発明は、垂直共振器型有機レーザデバイスであって、ｄ）特定波長の光に感応するセンサをさらに備える。
本発明は、垂直共振器型有機レーザデバイスであって、ｄ）外部励起ビーム光源からの光を有機レーザ共振器に指向させる光学部材をさらに備える。
本発明は、垂直共振器型有機レーザデバイスであって、特定波長の光を有するその出力は別の特定波長の光に動的にシフトする。
本発明は、垂直共振器型有機レーザデバイスであって、ポジショナには外部励起ビーム光源を有機レーザ共振器に取り付けるコネクタを含む。
本発明は、垂直共振器型有機レーザデバイスであって、コネクタによって外部励起ビーム光源を有機レーザ共振器に固定して取り付け、それとともに屈折率適合媒体を含むインターフェースを提供する。
本発明は、垂直共振器型有機レーザデバイスであって、コネクタによって外部励起ビーム光源を有機レーザ共振器に固定して取り付ける。
本発明は、垂直共振器型有機レーザデバイスであって、コネクタは接着特性を備えた屈折率適合媒体を含む。
本発明は、垂直共振器型有機レーザデバイスであって、コネクタによって外部励起ビーム光源を有機レーザ共振器に固定して取り付け、それとともに屈折率適合媒体を含む室を提供する。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、それらがあるパターンとして配置されている。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、それらの出力は単一の特定波長の光である。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、それらの出力は複数の特定波長の光である。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、ｄ）特定波長の光に感応する少なくとも一つのセンサをさらに備える。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、ｄ）複数の特定波長に感応する少なくとも一つのセンサをさらに備える。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、ｄ）外部励起ビーム光源からの光を少なくとも２つの垂直共振器型有機レーザデバイスのそれぞれに指向させる光学部材をさらに備える。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、特定波長の光を有するその出力は別の特定波長の光に動的にシフトされる。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、ポジショナには、外部励起ビーム光源を少なくとも２つの垂直共振器型有機レーザデバイスに取り付けるコネクタが含まれる。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、コネクタによって外部励起ビーム光源を少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスに固定して取り付け、それとともに屈折率適合媒体を含むインターフェースを提供する。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、コネクタによって外部励起ビーム光源を少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスに固定して取り付ける。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、コネクタは接着特性を備えた屈折率適合媒体を有する。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、コネクタによって外部励起ビーム光源を少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスに固定して取り付け、それとともに屈折率適合媒体を含む室を提供する。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、屈折率適合媒体によって不完全に適合している。
本発明は、垂直共振器型レーザデバイスであって、屈折率適合媒体によって不完全に適合している。
本発明は、垂直共振器型レーザデバイスであって、ポジショナには垂直共振器型有機レーザデバイスを調整するスペクトル変更媒体が含まれる。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、ポジショナには少なくとも２つの垂直共振器型有機レーザデバイスを調整するスペクトル変更媒体が含まれる。
本発明は、垂直共振器型レーザデバイスであって、光を指向させる光学部材には集光機構を含む。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、光を指向させる光学部材には集光機構を含む。
本発明は、垂直共振器型レーザデバイスであって、垂直共振器型有機レーザデバイスが頂部誘電体層を介して光励起され、レーザ光が底部誘電体層で反射され、頂部誘電体層を介して放出されるように反転している。
本発明は、垂直共振器型レーザデバイスであって、センサは光電子倍増管である。
本発明は、垂直共振器型レーザデバイスであって、センサは無機半導体光起電性センサである。
本発明は、垂直共振器型レーザデバイスであって、センサは有機半導体光起電性センサである。
本発明は、垂直共振器型レーザデバイスであって、センサは無機材料主体の光電流センサである。
本発明は、垂直共振器型レーザデバイスであって、センサは有機材料主体の光電流センサである。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、センサは光電子倍増管である。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、センサは無機半導体光起電性センサである。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、センサは有機半導体光起電性センサである。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、センサは無機材料主体の光電流センサである。
本発明は、少なくとも２つの垂直共振器型レーザデバイスであって、センサは有機材料主体の光電流センサである。
本発明は、励起ビームを少なくとも一つの垂直共振器型有機レーザデバイスに指向させる方法であって、外部励起ビーム光源及び少なくとも一つの垂直共振器型有機レーザデバイスを位置決めする場合には、外部励起ビーム光源を少なくとも一つの垂直共振器型有機レーザデバイスに取り付ける。
本発明は、励起ビームを少なくとも一つの垂直共振器型有機レーザデバイスに指向させる方法であって、外部励起ビーム光源及び少なくとも一つの垂直共振器型有機レーザデバイスを位置決めする場合には、外部励起ビーム光源を少なくとも一つの垂直共振器型有機レーザデバイスに偏向させる。
本発明は、垂直共振器型有機レーザデバイスから放出したレーザ光を変更する方法であって、レーザ光の波長をシフトさせるステップを含む。
本発明は、垂直共振器型有機レーザデバイスから放出したレーザ光を変更する方法であって、レーザ光を強度変調させるステップを含む。
本発明に係る垂直共振器型有機レーザデバイスの概略断面図である。 本発明に係る別の形態の垂直共振器型有機レーザデバイスの概略断面図である。 位相固定用有機レーザアレイの概略断面図である。 本発明に係るポジショナ付きの垂直共振器型有機レーザデバイスの概略断面図である。 本発明に係る第２高調波生成器付きの垂直共振器型有機レーザデバイスの概略断面図である。 本発明に係る加算／差分周波数生成器付きの垂直共振器型有機レーザデバイスの概略断面図である。 本発明に係る別の形態の垂直共振器型有機レーザデバイス及びポジショナの概略断面図である。 本発明に係る垂直共振器型有機レーザアレイ及びポジショナの概略断面図である。 本発明に係る垂直共振器型有機レーザアレイ、ポジショナ、及びセンサの概略断面図である。 本発明に係る別の形態の垂直共振器型有機レーザアレイ、ポジショナ、及びセンサの概略断面図である。 本発明に係る垂直共振器型有機レーザアレイ及びセンサの平面図である。 本発明に係る別の形態の垂直共振器型有機レーザアレイ及びセンサの平面図である。 本発明に係る垂直共振器型有機レーザ、ポジショナ及び反射器の平面図である。 本発明に係る、外部励起ビーム光源とコネクタで接続した垂直共振器型有機レーザデバイスの概略図である。 本発明に係るさらに別の形態の概略図である。 本発明に係るさらに別の形態の概略図である。 本発明に係るまたさらに別の形態の概略図である。 本発明に係るポジショナ及びスペクトル変更媒体付きの垂直共振器型有機レーザデバイスの概略断面図である。
符号の説明
１０、８０、１９０ 垂直共振器型有機レーザデバイス
２０ 基板
３０ 底部誘電体層
４０ 有機活性領域
５０ 頂部誘電体層
６０、５９０ 励起ビーム
７０ レーザ発光
１００ 周期的利得領域
１０３ 波腹（アンチノード）
１０５ 電磁場ノード
１１０ 有機スペーサ層
１２０ 電磁場パターン
２００ 有機レーザ共振器型デバイス
２１０ 内部ピクセル領域
２１１ 円柱
２２０ エッチング領域
２３０ 励起ビーム光源
２４０、３１０、３６０、４８０ ポジショナ
２５０、３２０、３７０、７００ フレームワーク
２６０ａ、２６０ｂ、４００ａ、４００ｂ、４１０ａ、４１０ｂ、６２０ａ、６２０ｂ アジャスタ
２７０ａ、２７０ｂ、４２０ａ、４２０ｂ、４３０ａ、４３０ｂ、５１０、６４０ａ、６４０ｂ 矢印
２８０、３３０ 励起ビーム光円錐
２９０ 励起ビーム光源ホルダ
３００、４４０、６１０ 光線
３０５ 第２高調波発生器
３１５ 第２垂直共振器型有機レーザデバイス
３４０ ホルダ
３５０、５３０ 外部励起ビーム光源
３８０ リフレクタ
３９０、６１５ 平行光学系
４３５ 集光機構
４４８ 垂直共振器型赤色レーザ
４４９ 垂直共振器型緑色レーザ
４５０ センサ
４５５ Ｇ−Ｒ−Ｇ列
４５６ Ｒ−Ｇ−Ｒ列
４５７ センサアレイ
４５８、４５９ センシング領域
４６０ 反射光線
４７０ 線
４９０ 反射装置
５００ 反射部材
５４０ コネクタ
５５０ 外面
５６０ ガスケットリング
５７０ 容器
５８０ 粘着材
６００ ヘッドライト
６１８ 底面
６３０ａ、６３０ｂ 吸引カップ端部
６５０ａ、６５０ｂ 貫通ロッド
６６０ａ、６６０ｂ 上部ガスケット
６６０ｃ、６６０ｄ 下部ガスケット
６７０ａ、６７０ｂ ナット
６８０ リザーバ
６９０ 屈折率整合媒体
７１０ スペクトル変更媒体

Claims (3)

  1. ａ）
    ａ１）励起ビームを受けて透過させるが所定範囲の波長を超えるレーザ光を反射する底部誘電体層と、
    ａ２）前記誘電体層を透過した前記励起ビームを受けてレーザ光を放出する有機活性層と、
    ａ３）透過した前記励起ビームと前記有機活性層からの前記レーザ光を反射して前記有機活性層に戻す頂部誘電体層と
    を備え、前記底部及び頂部誘電体層及び有機活性層との組み合わせによってレーザ光を生じる有機レーザ共振器と、
    ｂ）前記有機レーザ共振器を光励起する外部励起ビーム光源と、
    ｃ）前記有機レーザ共振器を前記外部励起ビーム光源と間隔を空けて配置するポジショナと
    を備えたことを特徴とする垂直共振器型有機レーザデバイス。
  2. ａ）少なくとも２つの垂直共振器型有機レーザデバイスのそれぞれについての有機レーザ共振器であって、
    ａ１）前記少なくとも２つの垂直共振器型有機レーザデバイスのそれぞれについて、励起ビームを受けて透過させるが所定範囲の波長を超えるレーザ光を反射する底部誘電体層と、
    ａ２）前記少なくとも２つの垂直共振器型有機レーザデバイスのそれぞれについて、前記誘電体層を透過した前記励起ビームを受けてレーザ光を放出する有機活性層と、
    ａ３）透過した前記励起ビームと前記有機活性層からの前記レーザ光を反射して前記有機活性層に戻す頂部誘電体層と
    を備え、前記底部及び頂部誘電体層及び有機活性層との組み合わせによってレーザ光を生じる有機レーザ共振器と、
    ｂ）前記少なくとも２つの垂直共振器型有機レーザデバイスのそれぞれを光励起する外部励起ビーム光源と、
    ｃ）前記少なくとも２つの垂直共振器型有機レーザデバイスのそれぞれを前記外部励起ビーム光源と間隔を空けて配置するポジショナと
    を備えたことを特徴とする少なくとも２つの垂直共振器型有機レーザデバイス。
  3. 外部励起ビーム光源と少なくとも一つの垂直共振器型有機レーザデバイスとの間の間隔を選択するステップと、
    光線が前記外部励起ビーム光源から少なくとも一つの前記垂直共振器型有機レーザデバイスに指向されるように前記外部励起ビーム光源と少なくとも一つの前記垂直共振器型有機レーザデバイスとを位置決めするステップと
    を含むことを特徴とする励起ビームを少なくとも一つの垂直共振器型有機レーザデバイスに指向させる方法。
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