JP2007536755A - 傾斜したポンピングビームを有した放射放出デバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、光学的ポンピングに基づいて放射を放出するデバイスに関するものであって、−第１入力ミラーと出力ミラーとを有した第１共振キャビティを備えてなる発光手段（１９）と；−第１共振キャビティに対して角度θだけ傾斜した角度でもってポンピングビーム（２０）を供給するための光学的ポンピング手段（２１）と；−ポンピングビームに関して第２共振キャビティを形成するための手段と；を具備している。本発明によるデバイスは、第１入力ミラーと第２入力ミラーとの間に、ポンピングビームの波長に関して透明であるような光学部材を具備していることを特徴としている。

Description

本発明は、発光デバイスという分野に関するものである。

本発明は、とりわけ、例えばガスの検出やプラスチックの分級に際して使用し得るような、赤外発光デバイスの製造に関するものである。

そのような発光デバイスは、また、車両の排気管内における汚染ガスの検出に際しても、使用することができる。

３〜５μｍという波長範囲の光学的手段によるガス検出は、以下のような多くの利点を有している。
−吸収ラインの強度が大きいこと。
−ほとんどのガスにおいて、複数の吸収ラインが、波長的に明瞭に分離されていること。

この波長範囲を使用することの困難さは、十分に強力でありかつ十分な指向性を有した発光源として、利用可能なものが少ないことである。

量子的カスケード効果に基づくレーザーの製造は、高価すぎるとともに、非常に複雑である。

フィルタードフィラメントは、強度は小さいものの、同期検出と組み合わせて使用することができる。

しかしながら、フィルタードフィラメントは、直接的な変調を行うには遅すぎるとともに、光の機械的な変調を必要とする。このことは、大部分の応用において、あまりに過度であり、脆すぎる。

発光源として、ＣｄＨｇＴｅベースの共振マイクロキャビティを使用することが、特許文献１において、E. Hadji 氏および E. Picard 氏によって提案された。これは、以下のような多くの利点を有している。
−安価なコスト。
−嵩低いこと。
−スペクトル幅を狭いものとしつつ、波長が調節可能であること。
−発光源が、直接的な変調を行い得るよう十分に高速であること。

そのような発光デバイスにおいて使用されているマイクロキャビティが、図１において概略的に図示されている。発光層１は、２つのバリア層２と、２つのブラッグミラー３，４と、の間に介装されている。機械的な理由のために、キャビティは、基板５上に設置されている。

バリア層２は、ポンピング用レーザーダイオードからフォトンを吸収することによってフォトキャリアを生成するように機能する。

ＩＲ発光は、発光層１内においてフォトキャリアどうしが再結合することによって、生成される。

マイクロキャビティの発光は、特にポンピング用レーザーダイオードの吸収により決定される。キャビティ内の各層の厚さは、キャビティが発光波長において共振するように、調節される。

典型的には、バリア層２の厚さは、ポンピング光の約６０％がキャビティ内に吸収されるものとされる。これにより、発光デバイスの発光パワーを制限することができる。

図２は、標準的な発光システムの一例を示している。マイクロキャビティ６は、取付構造７上に取り付けられている。取付構造７は、マイクロキャビティと、例えばレーザーダイオードといったようなポンピング手段８と、の組付を可能とする。

このようなマイクロキャビティの製造および動作は、特許文献１に開示されている。

２つの現象が、このような公知のデバイスからの発光パワーを制限する。

ポンピング用レーザーダイオードから放射の一部は、キャビティ６の入力ミラーによって反射される。

したがって、ポンピング用レーザーダイオードの光学的パワーの一部は、この同じダイオード内へと反射され得る。これにより、パワーの不安定性が発生する。反射光は、ポンピングビームの強度の損失を引き起こし、このため、発光デバイスの発光の損失を引き起こす。

この反射光は、ポンピング用ダイオード８の不安定性を引き起こし得る。この問題点は、ポンピング用ダイオードの波長として、反射されにくいものを選択することにより、解決することができる。しかしながら、各波長に応じてそれぞれ個別にポンピング用ダイオードを開発することに伴って追加的なコストがかかるという欠点がある。

加えて、バリア層２の端部厚さに基づき、ポンピング用ダイオードのパワーの一部だけを、層１内に吸収させる。
仏国特許出願公開第０１１６１１６号明細書

本発明は、発光デバイスの入力ミラーを通してのポンピングビームの透過を最適化または改良することによって、および／または、発光デバイス内でキャリアを光学的に励起するために使用されているポンピングダイオードのポンピングビームの、発光デバイスの共振キャビティ内においての吸収を最適化または改良することによって、発光デバイスからの放射を最適化し得るようなシステムを提案する。

第１見地においては、本発明は、光学的ポンピングに基づいて放射を放出するデバイスに関するものであって、
−第１入力ミラーと出力ミラーとを有した第１共振キャビティを備えてなる発光手段と；
−第１共振キャビティに対してポンピングビームを供給するための光学的ポンピング手段であるとともに、第１共振キャビティの入力表面に関する法線方向とポンピングビームの伝搬方向とがなす角度が非ゼロという角度θだけ傾斜した角度とされているような、あるいは、ポンピングビームの伝搬方向を非ゼロという角度θだけ傾斜させる手段を備えているような、光学的ポンピング手段と；
−ポンピングビームに関して第２共振キャビティを形成するための手段であるとともに、第２入力ミラーを備え、これにより、この第２入力ミラーと第１共振キャビティの出力ミラーとによって第２共振キャビティを形成するものとされているような、第２共振キャビティ形成手段と；
を具備し、第１入力ミラーと第２入力ミラーとの間に、ポンピングビームの波長に関して透明であるような光学部材を具備していることを特徴としている。この光学部材により、与えられたポンピング波長に関して、第２共振キャビティの長さを最適化することができる。

一実施形態においては、共振キャビティが、角度θだけ傾斜され、これにより、ポンピングビームが、５０％よりも大きな透過率でもって入力表面を通して第１共振キャビティを伝搬する。

ミラーは、ブラッグミラーまたは金属ミラーとすることができる。

ポンピング用レーザーダイオードの波長λ_ｐ における第２入力ミラーの反射率Ｒ_Ｅ と、ポンピング用レーザーダイオードの波長λ_ｐ における出力ミラーの反射率Ｒ_Ｓ とは、好ましくは、以下の関係を満たすものとされている。

ここで、αは、ポンピングビームの波長における吸収係数であり、ｄは、吸収厚さであり、θ’は、入射表面の法線方向と吸収媒体内における光の伝搬方向とがなす角度である。

第２共振キャビティ内におけるポンピングビームの吸収は、５０％よりも大きいものとすることができる。

放射は、好ましくは、一次的には、第２共振キャビティの基本モードに基づいて放出される。

光学的ポンピング手段は、有利には、少なくとも１つのＶＣＳＥＬを備えることができる。

第１共振キャビティから放出される放射は、２００μｍよりも小さな直径を有することができる。

第１共振キャビティからの放射の波長は、例えば、少なくとも部分的には、２μｍ〜１０μｍという間とされる。

本発明は、また、光学的デバイスに関するものであり、上述したようなデバイスと、第１共振キャビティの出力ミラーに対して結合された光ファイバと、を具備している。

したがって、本発明は、ポンピングダイオードからのポンピングビームの透過を最適化することにより、および／または、ポンピングダイオードからのポンピングビームの吸収を最適化することにより、ポンピングダイオードの与えられたパワーに関しての発光デバイスからの発光強度を増大させ得るような様々な手段を提供する。

ポンピング用レーザーの波長が調節可能である場合には、本発明により、吸収をさらに最適化することができる。

本発明は、さらに、ポンピング用ダイオードと発光デバイスとを組み立てるための様々な手段を提案する。

本発明は、支持デバイスに関するものであり、ポンピングビームの伝搬方向と共振キャビティの入射表面または入力ミラーに関する法線方向との間において例えば１０°〜３０°といったような非ゼロ角度θを維持し得る手段を具備している。

したがって、本発明は、また、発光デバイスと、ポンピングビームを放出するための光学的ポンピング手段と、を取り付けるためのデバイス（あるいは、取付デバイス）または支持体に関するものであって、
−この取付デバイスの内部にポンピング手段を保持するための手段と、
−発光デバイスの入射表面の法線方向と光学的ポンピング手段からのポンピングビームの伝搬方向との間の角度を角度θでもって傾斜させた状態でもって、発光デバイスを保持するための手段と、
を具備している。

本発明においては、したがって、光学的ポンピング手段を取り付けるための表面および発光デバイスを取り付けるための表面という２つの表面を備えているとともに、これら表面どうしの間に、角度θを形成するような、デバイスまたは支持体を形成することができる。

ポンピング手段を保持するための手段は、組立デバイス内に形成された凹所（あるいは、グルーブ）を備えることができる。

凹所は、取付デバイスの長手方向軸線に対して平行な軸線回りにおいて回転対称性を有することができる。

この場合、この取付デバイスの端部表面は、長手方向軸線に対して角度θだけ傾斜した法線方向を有した平面を形成することができる。

凹所は、取付デバイスの長手方向軸線に対して角度θだけ傾斜したものとすることができる。

この場合、この取付デバイスの端部表面は、長手方向軸線に対して直交した平面を形成している。

したがって、本発明は、マイクロキャビティとポンピング用レーザー手段とを組み立てるための様々な手段を提供するものであり、以下のことを可能とする。
ａ）ポンピング用レーザーの吸収を最適化することによって、発光デバイスの発光を最適化することができる。
ｂ）透過表面上におけるポンピングビームの反射に基づくポンピングビームの不安定性を除去することができる。

角度θにより、キャビティ内におけるポンピングビームの反射を回避することができ、これにより、ポンピング手段の不安定性を除去することができる。

角度θは、好ましくは、波長が固定されるときに、ポンピングビームの吸収を最適化し得るようにして、選択する。

本発明は、例えば図１に示すものといったような、コヒーレントなまたは非コヒーレントな発光デバイスに適用される。このようなデバイスは、ポンピング手段によって光学的にポンピングされる。

例えば、発光層１は、Ｃｄ_ｘＨｇ_１−ｘＴｅ（０．２≦ｘ≦０．５）から形成され、バリア層２は、Ｃｄ_ｘＨｇ_１−ｘＴｅ（ｘ＝０．６５）から形成され、ミラー３，４は、 ＹＦ_３ＺｎＳ、または、ＹＦ_３Ｓｉ、… から形成される。

したがって、発光層をなす材料を、Ｈｇ_１−ｘＣｄ_ｘＴｅとすることができる。使用し得る他の材料の例には、ＩＩＩ−ＩＶ半導体（ＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ、または、Ｇａ_１−ｘＩｎ_ｘＳｂ、または、Ｇａ_１−ｘＩｎ_ｘＡｓ_１−ｙＳｂ_ｙ）、あるいは、ＩＶ−ＶＩ半導体（Ｐｂ_１−ｘＳｎ_ｘＴｅ、または、Ｐｂ_１−ｘＳｎ_ｘＳｅ）である。

本発明の第１実施形態は、例えば図１に示すキャビティといったようなキャビティの入力ミラーを通してのポンピングビームの透過を最適化または最大化することによって、ポンピングビームの吸収を最適化することに関するものである。

ブラッグミラーの透過は、このミラーをなす積層体と、これら層の厚さと、これら層の屈折率と、放射波長と、放射の入射角度と、に依存する。

図３は、入射角度θの関数として、すなわち、ポンピングビームの伝搬方向とキャビティの入力ミラーに関する法線方向との間の角度の関数として、波長がλｐ＝８３０ｎｍとされたようなポンピング用ダイオードからのビームに関してのブラッグミラーの透過を示している。この場合、ミラーは、λ_{ｅｍｉｓｓｉｏｎ}＝３．３μｍにおいて最大反射をなすように最適化されている（この波長は、キャビティから放出されるビームの波長または主要波長に関連する）。

矢印９は、直交して入射する入射角度θ＝０°における透過率が、Ｔ＝４５％であることを示している。

入射角度の変化は、ブラッグミラーをなす各層のインターフェースどうしの間における光学経路を増加させ、これにより、入力ミラーを通しての透過を変更することができる。

よって、発光波長λ_Ｅ において発光デバイスの最大反射をもたらすように最適化されたミラーは、ポンピング用レーザーダイオードの波長に関して最大限に透明であるものとして形成することができる。また、入力側において、ブラッグミラー以外のタイプのミラーが存在する場合にも、このような最適化を得ることができる。

好ましくは、角度θは、図３において矢印１０で示すように、ポンピングビームの透過が、例えば７０％超や８０％超やあるいは８５％といったように、最大透過であるように、選択去れる。

この選択により、また、システムを、製造時に引き起こされる擾乱に対して、すなわち、入射角度の不確定性に対してまたミラーをなす各層の厚さの不確定性に対してまたポンピング波長の不確定性に対して、あまり敏感ではないものとすることができる。

しかしながら、角度θは、また、ポンピングビームの透過率Ｔが５０％よりも大きいものとなるように、選択することができる。図３においては、これは、１３°〜２９°という角度に対応している。

加えて、誘電性ミラーの構造を修正することにより、有利には、キャビティの発光波長に対する最適な反射を維持しつつ、より矩形のプロファイルが得られるように、すなわち、５０％よりも大きな透過率範囲がより一様なものとなるように、透過率曲線を変更することができる。

他の実施形態においては、ビームの共振を生成することにより、ポンピングビームの吸収が最適化される。

この構成においては、キャビティ内に吸収されるポンピング用レーザーダイオードのパワーは、以下のようにして最適化することができる。

入射角度を選択し、これにより、キャビティの入力ミラーおよび出力ミラーによって形成されたキャビティ内へと入射するポンピング手段からのビームの光学的経路を調節し、これにより、キャビティを、ポンピング用レーザーダイオードの波長に関して共振するものとする。

均一なキャビティという場合であって、なおかつ、ミラーによって引き起こされ得る位相シフトを無視するという単純な場合には、入射角度θは、好ましくは、以下の比ｋが整数となるように、選択される。

ここで、ｎは、キャビティの光学的屈折率であり、ｅは、キャビティの厚さ（両ミラーがなす各平面の双方に対して垂直に測定した距離）であり、λ_ｐ は、ポンピングビームの波長であり、θ’は、キャビティの入力ミラー対する直交方向に対しての、吸収媒体内における光の伝搬角度である。

ポンピング用レーザーダイオードの波長に関しての、入力ミラー３の反射率（Ｒ_Ｅ ）および出力ミラー４の反射率（Ｒ_Ｓ ）は、加えて、キャビティ内におけるポンピング用レーザーダイオードのビームの吸収が最大となるように、最適化することができる。

共振効果は、最大のＲ_Ｓ のために最適化される。

ここで、αは、吸収係数であり、ｄは、両ミラーがなす各平面どうしの間を直交して測定したような吸収厚さであり、θ’は、上記と同じである。最大ではないＲ_Ｓ に関しては、この式を使用することができる。

最適化は、また、反射率Ｒ_ＥおよびＲ_Ｓがレーザーキャビティの発光波長に関して影響を受けないという制約下においても、得ることができる。

ブラッグミラー以外のタイプのミラーによっても、例えば、金属ミラーによって、ポンピングビームと発光ビームとの双方に関して、大きい反射率を確保することができる。

最適化は、また、例えば吸収材の厚さを変更することによって（ｄの調節）また例えば他の材料を選択することによって（αの調節）といった手法によってαｄの値を調節することにより、得ることもできる。

図４は、入射角度θの関数として、キャビティ内の吸収Ａに関する一例を示している。この場合の計算は、キャビティからの発光波長をλ＝３．３μｍとし、（１−ｅｘｐ（−αｄ））＝０．２７とし、Ｒ_Ｅ ＝０．３６とし、Ｒ_Ｓ ＝０．９０として、行った。

θ＝１４°においては、吸収率＞９０％という共振が観察される。これに対し、入力ミラーおよび出力ミラーのところにおいて反射が起こらずに通常の透過だけが起こる場合には、吸収は、２７％である。これは、図４においては、破線によって示されている。本発明においては、入射角度を選択することによって、４０〜５０％と、９０％と、の間の吸収を確立することができる。

これにより、吸収されるパワーを、著しく増大させることができる。

加えて、この共振により、吸収層の厚さを薄くすることができる。したがって、キャビティの厚さを薄くすることができる。したがって、基本モードにおいて発光させることができる（第ｎ次モードと比較すれば、ｎ倍のパワーとなる）。これにより、キャビティの発光効率を増大化することができる。

よって、発光効率は、吸収の増大化によって、最適化することができる。

他の実施形態においては、入射角度を調整することによって（上述したように、発光キャビティの入力ミラーをとしての透過を良好なものとする）、また、ポンピング波長に関する第２共振キャビティを生成することによりポンピングビームの吸収を最適化することによって、ポンピング用レーザーダイオードの透過を最適化する。

図７は、発光デバイスを示している。この発光デバイスは、ポンピング用レーザーダイオード側に位置した２つの入力ミラー１２，１３と、発光側に位置した１つの出力ミラー１１と、を備えており、これにより、２つのキャビティを形成している。

第１発光キャビティ１５は、入力ブラッグミラー１２と出力ミラー１１との間で形成されている。

第２キャビティ１４は、第２入力ミラー１３と出力ミラー１１との間で形成されている。

ポンピング用レーザーダイオードの入射角度θと波長λ_ｐ とは、以下が達成されるように、調節される。
ａ）発光デバイスのキャビティの入力側におけるブラッグミラー１２は、波長λ_ｐ に対しては、できる限り透明なものとされる。
ｂ）発光デバイスの出力ミラー１１と、追加的な入力ミラー１３と、の間に形成されたキャビティ１４が、入射角度θという条件下において、ポンピング用レーザーダイオードの波長λ_ｐ に関して共振キャビティを形成する。

ポンピング用レーザーダイオードに対して、キャビティ１４の入力ミラー１１，１３と出力ミラー１４とは、好ましくは、上述した最大吸収に関する条件式（２）を満たすものであり、ブラッグミラーとすることもまた金属ミラーとすることもできる。

この方法により、ポンピングビームに関して入力ミラーの透過を最適化し得るとともに、発光キャビティのポンピングという点において、ポンピングビームの効率を最適化することができる。

加えて、ポンピングビームキャビティと、発光キャビティと、のそれぞれに関して、互いに個別の入力ミラーを使用することにより、ポンピングビームに関するキャビティのための入力ミラー１３の反射率を、より容易に最適化することができる。

さらに、ポンピング用レーザーダイオードのためのキャビティの厚さが、発光キャビティのためのキャビティの厚さと比較して、より大きなものとされていることにより、ポンピング用レーザーダイオードの入射角度θと波長λ_ｐ とに基づいてポンピングビームの共振をより容易に得ることができる。

キャビティ１４内におけるポンピング用レーザーダイオードの共振は、２つの入力ミラー１２，１３の間にポンピングビームの波長λ_ｐ に対して透明であるような所定厚さの光学部材４３を追加することにより、得ることができる。したがって、キャビティ１４の長さを調節することができる。その後、入射角度θは、発光キャビティの入力ミラー１２の透過を最適化させ得るように、選択される。

デバイスの効率は、また、ポンピング用レーザーダイオードからのビームの発散にも依存する。したがって、発散が最小であることが、好ましい。この目的のために、場合によっては、ポンピング用レーザーダイオードと発光デバイスとの間において、追加的レンズを使用することができる。特に、ウェハを通して発光するダイオードに関して使用することができる。

また、出力ミラー１１上に、発光波長に対して透明でありなおかつポンピング波長に対して反射的であるような追加的なミラー４５を、追加することができる（図７Ａ）。これにより、ポンピングビームの共振を改良することができる。

図５Ａは、本発明における組立に際しての一例を示している。発光デバイス１９は、取付構造１８の前面に対して接着される。

ポンピング用レーザーダイオード２１は、この例においては円筒形とされた穴またはキャビティ５０内に取り付けられる。穴またはキャビティ５０は、取付構造の背面側においてこのダイオード２１を受領するのに適したものとされ、取付構造の中央軸線（あるいは、長手方向軸線）に対してダイオード２１を中心合わせする。

入射角度θは、取付構造１８の前面によって決定され、発光デバイス１９と、取付構造１８に対して装着されたポンピング用レーザーダイオード２１のビーム２０と、の間に、最適角度を形成することができる。

図５Ｂは、互いに組み付けられた様々な構成部材を示している。

図６は、最適の角度を形成し得るような、組立に関する第２実施形態を示している。

第１構成に関しては、入射角度θは、取付構造５２の背面内へとポンピング用レーザーダイオード２６を取り付けるための穴５２を傾斜させることによって、決定されている。

この場合、ポンピング用レーザーダイオードのビームは、取付構造の中央軸線に対して角度θだけ傾斜している。

発光デバイス２３は、取付構造の中央軸線２４に対して発光軸線を平行なものとしつつ、取付構造２５の前面に対して接着される。

この場合、発光デバイス２３の発光ローブは、取付構造の中央軸線に対して中心合わせされている。

この第２実施形態は、発光デバイスからの発光の使用が容易であるという利点を有している。

例えば、この場合には、光ファイバに対する光学的結合を、取付構造の中央軸線２４に対して中央合わせさせつつ、受動的な位置合わせによって、容易に行うことができる。

また、互いに反対側に２つの表面を有した支持体を形成することができる。その場合、一方の表面上にポンピング手段が配置され、他方の表面上に発光手段が配置され、なおかつ、ポンピング手段と発光手段との間には角度θが形成される。

発光デバイスとポンピング用レーザーダイオードとの組立の第３実施形態においては、背面からビームを出すような、特に、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）型のポンピング用レーザーダイオードを使用することができる。

この実施形態は、図８に示されている。この実施形態においては、発光デバイス２７は、ＶＣＳＥＬ２９の背面２８上へと、直接的にメッキ付けによって移送されている。発光デバイス２７の法線とＶＣＳＥＬ２９の発光方向とがなす角度θ（３０）は、ＶＣＳＥＬ２９の研磨によって、形成されている。研磨は、ＶＣＳＥＬの製造前においてもまた製造後においても、行うことができる。

この実施形態は、先の２つの取付構造と比較して、多くの利点をもたらす。
−発光デバイス２７とポンピング用ダイオードとの間の結合を、大量生産的に実施することができる。
−背面側からビームを放出するＶＣＳＥＬの使用は、そのビームを発光デバイス内へと直接的に結合させることのために、ポンピング用ダイオードからのビームの発散を最小化することができる。これにより、発光デバイスからの発光の最適化を、より効率的なものとすることができる。このことは、角度θの選択によってさらに増強される。ポンピング用レーザーダイオードからのビームに関し、コリメータレンズが不要である。
−発光デバイスの発光は、ポンピング用レーザーダイオードの光学的ビームのサイズによって決定されるようなまた二次的にはキャビティ内におけるキャリアの拡散長さによって決定されるような、低減された表面積上において起こることができる。ＶＣＳＥＬの場合には発散が小さいことのために、また、連結が近傍で行われていることのために、発光デバイス２７の発光表面を、直径で１００μｍよりも小さなものへと低減することができる。このサイズは、ある種の光ファイバのコアと同等のものであり、そのため、可能であれば、付加的な光学部材を使用することなく、光ファイバ内へと放射される光を直接的ににかつ完全に結合させることができる。

本発明においては、したがって、ポンピング手段を取り付けるための表面および発光手段を取り付けるための表面という２つの表面を備えたデバイスまたは支持体を形成することができ、なおかつこの場合に、それら表面どうしの間に、角度θを形成することができる。この支持体は、例えば、ポンピング用ＶＣＳＥＬの成長基板とすることができる。

図９は、光ファイバ３１のコア３２内へと直接的に光を結合させた一実施形態を示している。よって、発光表面積のサイズが小さいことにより、光ファイバ内へと結合される光量を増大させ得るとともに、取付構造のために必要なまた取付ステップに際して必要な部材の数を低減させ得ることに起因して、システムのコストを低減することができる。

本発明においては、ポンピングビームの伝搬方向と発光マイクロキャビティの表面に関する法線方向との間の角度が、選択される。（本発明においては、発光パワーを増大させ得るとともに、製造の再現性を高めることができる。）

ＶＣＳＥＬの使用は、追加的な利点を有している。
−大量生産的な製造によって、コストを低減することができる。
−より効率的に光ファイバを連結し得ることにより、光学的パワーを増大させることができる。
−システム内の光学的構成部材および機械的構成部材の数を低減させることができる。

図５Ａ〜図９に関連して上述した組立は、入力ミラーの最適透過に関して上述した原理に基づいて動作するいずれのデバイスにおいても、また、キャビティによりポンピングビームの最適吸収に関して上述した原理に基づいて動作するいずれのデバイスにおいても、実施することができる。

上述した原理（Ｔ（透過率）の最適化、λ_ｐ における共振キャビティ、等）は、任意の発光レーザーキャビティに対しても、また、非レーザーキャビティに対しても、適用可能である。

本発明による発光デバイスは、好ましくは、赤外領域で発光し、例えば２μｍ〜１０μｍで発光する。

従来技術によるデバイスを示す図である。 従来技術によるデバイスを示す図である。 ポンピングビームの入射角度の関数として、透過率を示す曲線である。 ポンピングビームの入射角度の関数として、吸収率を示す曲線である。 本発明の様々な実施形態を示す図である。 本発明の様々な実施形態を示す図である。 本発明の様々な実施形態を示す図である。 本発明の様々な実施形態を示す図である。 本発明の様々な実施形態を示す図である。 本発明の様々な実施形態を示す図である。 本発明の様々な実施形態を示す図である。

符号の説明

３ 第１入力ミラー
４ 出力ミラー
１１ 出力ミラー
１２ 第１入力ミラー
１３ 第２入力ミラー
１８ 取付構造
１９ 発光手段
２０ ポンピングビーム
２１ 光学的ポンピング手段
２３ 発光手段
２６ 光学的ポンピング手段

Claims (19)

1. 光学的ポンピングに基づいて放射を放出するデバイスであって、
   −第１入力ミラー（３，１２）と出力ミラー（４，１１）とを有した第１共振キャビティを備えてなる発光手段（１９，２３）と；
   −前記第１共振キャビティに対してポンピングビーム（２０）を供給するための光学的ポンピング手段（２１，２６）であるとともに、前記第１共振キャビティの入射表面に関する法線方向と前記ポンピングビーム（２０）の伝搬方向とがなす角度が角度θだけ傾斜した角度とされているような、光学的ポンピング手段（２１，２６）と；
   −ポンピングビームに関して第２共振キャビティを形成するための手段（１１，１３）であるとともに、第２入力ミラー（１３）を備え、これにより、この第２入力ミラー（１３）と前記第１共振キャビティの前記出力ミラー（１１）とによって前記第２共振キャビティを形成するものとされているような、第２共振キャビティ形成手段と；
   を具備し、
   前記第１入力ミラー（１２）と前記第２入力ミラー（１３）との間に、前記ポンピングビームの波長に関して透明であるような光学部材を具備していることを特徴とするデバイス。
2. 請求項１記載のデバイスにおいて、
   前記角度θが、５０％よりも大きな透過率でもって前記ポンピングビームが前記第１入力ミラーを通して前記第１共振キャビティ内へと透過し得るような、角度とされていることを特徴とするデバイス。
3. 請求項１または２記載のデバイスにおいて、
   ブラッグタイプのミラーまたは金属製ミラーを具備していることを特徴とするデバイス。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、
   前記角度θが、前記ポンピングビームの波長において前記第２共振キャビティが共振し得るような、角度とされていることを特徴とするデバイス。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、
   前記ポンピングビームの波長（λ_ｐ ）における前記第２入力ミラー（１３）の反射率Ｒ_Ｅ と、前記ポンピングビームの波長（λ_ｐ ）における前記出力ミラー（１１）の反射率Ｒ_Ｓ とが、αを、前記ポンピングビームの波長における吸収係数とし、ｄを、吸収厚さとし、θ’を、前記法線方向と吸収媒体内における光の伝搬方向とがなす角度とした際に、
   

   

   という関係を満たすものとされていることを特徴とするデバイス。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、
   前記第２共振キャビティ内における前記ポンピングビームの吸収が、５０％よりも大きいものとされていることを特徴とするデバイス。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、
   放出される前記放射が、一次的には、前記第２共振キャビティの基本モードに基づいて放出されることを特徴とするデバイス。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、
   前記光学的ポンピング手段が、少なくとも１つのＶＣＳＥＬ（２９）を備えていることを特徴とするデバイス。
9. 請求項８記載のデバイスにおいて、
   前記第１共振キャビティから放出される前記放射が、２００μｍよりも小さな直径を有していることを特徴とするデバイス。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、
    前記第１共振キャビティから放出される前記放射の波長が、少なくとも部分的には、２μｍ〜１０μｍという間とされていることを特徴とするデバイス。
11. 光学的デバイスであって、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載のデバイスと、
    前記第１共振キャビティの前記出力ミラーに対して結合された光ファイバ（３１）と、
    を具備していることを特徴とするデバイス。
12. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、
    取付構造（１８）を具備し、
    この取付構造（１８）が、
    −この取付構造の内部に前記ポンピング手段を保持するための手段（５０，５２）と、
    −前記発光デバイスの入射表面の法線方向と前記光学的ポンピング手段からの前記ポンピングビームの伝搬方向との間の角度を角度θでもって傾斜させた状態でもって、前記発光デバイス（１９，２３）を保持するための手段と、
    を備え、
    前記光学的ポンピング手段を保持するための第１表面と、前記発光デバイスを保持するための第２表面と、を具備し、
    これら第１表面および第２表面が、これら第１表面および第２表面の間に、前記角度θを形成していることを特徴とするデバイス。
13. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、
    取付構造（１８）を具備し、
    この取付構造（１８）が、
    −この取付構造の内部に前記ポンピング手段を保持するための手段（５０，５２）と、
    −前記発光デバイスの入射表面の法線方向と前記光学的ポンピング手段からの前記ポンピングビームの伝搬方向との間の角度を角度θでもって傾斜させた状態でもって、前記発光デバイス（１９，２３）を保持するための手段と、
    を備え、
    ポンピング用ＶＣＳＥＬの成長基板を具備していることを特徴とするデバイス。
14. 請求項１２記載のデバイスにおいて、
    前記取付構造（１８）が、ポンピング用ＶＣＳＥＬの成長基板を具備していることを特徴とするデバイス。
15. 請求項１２記載のデバイスにおいて、
    前記ポンピング手段を保持するための前記手段が、前記取付構造内に形成されたグルーブ（５０，５２）を有していることを特徴とするデバイス。
16. 請求項１５記載のデバイスにおいて、
    前記グルーブが、前記取付構造（１８）の長手方向軸線に対して平行な軸線回りにおいて回転対称性を有していることを特徴とするデバイス。
17. 請求項１６記載のデバイスにおいて、
    前記取付構造の端部表面（１７）が、前記長手方向軸線に対して前記角度θだけ傾斜した法線方向を有した平面を形成していることを特徴とするデバイス。
18. 請求項１５記載のデバイスにおいて、
    前記グルーブが、前記取付構造の長手方向軸線に対して前記角度θだけ傾斜していることを特徴とするデバイス。
19. 請求項１８記載のデバイスにおいて、
    前記取付構造の端部表面が、前記長手方向軸線に対して直交した平面を形成していることを特徴とするデバイス。

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