TW202244551A - 包含整合的垂直腔面射型雷射以及整合的光子空腔的可見光光源 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可見光光源，其包括：一基板；一第一反射器及一第二反射器，其設置以反射紅外光且經垂直地配置以在該基板上形成一垂直腔；一主動區，其位於該垂直腔中且設置以發射紅外光；一微諧振器，其位於該基板上且設置以接收由該主動區發射的該紅外光及經由光參數振盪產生可見光；及一輸出耦合器，其設置以將在該微諧振器中產生的該可見光耦合出該微諧振器。

Description

包含整合的垂直腔面射型雷射以及整合的光子空腔的可見光光源

本發明關於包含整合的垂直腔面射型雷射以及整合的光子空腔的可見光光源。 相關申請案之交叉引用

本專利申請案主張2021年4月26日申請之標題為「包括整合的垂直腔表面發射型雷射以及整合的光子空腔的可見光光源（VISIBLE LIGHT SOURCE INCLUDING INTEGRATED VCSELS AND INTEGRATED PHOTONIC CAVITIES）」的美國臨時專利申請案第63/179,913號及2021年6月10日申請之美國非臨時專利申請案第17/344,738號之權益及優先權。上述申請案之揭示內容出於所有目的特此以全文引用之方式併入本文中。

半導體發光裝置將電能轉換成光能，且提供優於其他光源之許多益處，諸如減小之大小、改良之耐久性及提高之效率及亮度，該等半導體發光裝置諸如發光二極體（light-emitting diode；LED）、微LED、諧振腔LED（resonant cavity LED；RCLED）、垂直腔面射型雷射（vertical-cavity surface-emitting laser；VCSEL）及垂直外部腔表面發射型雷射（vertical external cavity surface emitting laser；VECSEL）。半導體發光裝置可用作許多顯示系統中之光源，該等顯示系統諸如電視、電腦監視器、膝上型電腦、平板電腦、智慧型手機、投影系統及可穿戴電子裝置。舉例而言，發射不同色彩（例如，紅色、綠色及藍色）之光的微LED或VCSEL可用於形成諸如近眼顯示系統的顯示系統中之顯示面板之子像素。微LED、VCSEL及其他半導體發光裝置亦可部署於各種感測器系統中，諸如用於深度感測、三維感測、物件追蹤（例如，手部追蹤或面部追蹤）及其類似者的系統。

本發明大體上係關於可見光光源。更特定而言，且非限制性地，本發明係關於整合的垂直腔面射型雷射（VCSEL）泵浦之可見光光源，其包括設置以經由光參數振盪（optical parametric oscillation；OPO）產生可見光的光學諧振器。本文中所揭示之可見光光源可用於例如背光單元（backlight unit；BLU）顯示器及主動顯示面板中。本文中描述各種發明性具體實例，包括裝置、組件、系統、方法、結構、材料、程序及其類似者。

根據某些具體實例，一種可見光光源可包括：一基板；一第一反射器及一第二反射器，其位於該基板上，其中該第一反射器及該第二反射器設置以反射紅外光且經垂直地配置以形成一垂直腔；一主動區，其位於該垂直腔中且設置以發射紅外光；一微諧振器，其位於該基板上且設置以接收由該主動區發射的該紅外光及經由光參數振盪產生可見光；及一輸出耦合器，其設置以將在該微諧振器中產生的該可見光耦合出該微諧振器。

根據某些具體實例，一種可見光光源陣列可包括：一CMOS底板，其包括形成於其上的驅動電路；及一可見光光源陣列，其形成於一基板上且直接地或間接地接合至該CMOS底板。該可見光光源陣列中之每一可見光光源可由該等驅動電路個別地定址且包含：一第一反射器及一第二反射器，其設置以反射紅外光及形成一垂直腔；一主動區，其位於該垂直腔中且設置以發射紅外光；一微諧振器，其設置以接收由該主動區發射的該紅外光及經由光參數振盪產生可見光；及一輸出耦合器，其設置以將在該微諧振器中產生的該可見光耦合出該微諧振器。

根據某些具體實例，一種可見光光源可包括：一基板；一垂直腔面射型雷射，其位於該基板上且包含設置以發射紅外光的一主動半導體區及設置以反射由該主動半導體區發射的該紅外光之一第一反射器；一第二反射器，其設置以反射該紅外光，該第一反射器及該第二反射器形成用於該紅外光之一垂直腔；一或多個微諧振器，其位於該基板上且設置以接收該紅外光及使用該紅外光經由光參數振盪產生呈一或多個色彩之可見光；及一或多個輸出耦合器，其設置以將來自該一或多個微諧振器之呈一或多個色彩的該可見光耦合至自由空間中或耦合至一光子積體電路中。

根據某些具體實例，一種可見光光源陣列可包括：一基板，其包括形成於其上之驅動電路；及一晶粒或一晶圓，其直接地或間接地接合至該等驅動電路。該晶粒或晶圓可包括形成於其上之一可見光光源陣列。該可見光光源陣列中之每一可見光光源可由該等驅動電路個別地定址且包含：一垂直腔，其由一第一反射器及一第二反射器形成，該第一反射器及該第二反射器設置以反射紅外光；一主動區，其位於該垂直腔中且設置以發射紅外光；一或多個微諧振器，其設置以接收該紅外光及使用該紅外光經由光參數振盪產生呈一或多個色彩之可見光；及一或多個輸出耦合器，其設置以將來自該一或多個微諧振器之呈一或多個色彩的該可見光耦合至自由空間中或耦合至一或多個波導中。

根據某些具體實例，一種可見光光源陣列可包括：一基板，其包括形成於其上之驅動電路；及一晶粒或一晶圓，其直接地或間接地接合至該等驅動電路。該晶粒或晶圓可包括形成於其上之一可見光光源陣列。該可見光光源陣列中之每一可見光光源可由該等驅動電路個別地定址且包含：一垂直腔，其由一第一反射器及一第二反射器形成，該第一反射器及該第二反射器設置以反射紅外光；一主動區，其位於該垂直腔中且設置以發射紅外光；一微諧振器，其設置以接收該紅外光及使用該紅外光經由光參數振盪產生可見光；及一輸出耦合器，其設置以將來自該微諧振器之該可見光耦合至自由空間或一波導中。該可見光光源陣列中之一第一可見光光源中之一第一微諧振器及該可見光光源陣列中之一第二可見光光源中之一第二微諧振器可具有不同大小、不同形狀、不同材料或其一組合，且設置以產生不同色彩之可見光。

此發明內容既不意欲識別所主張主題之關鍵或基本特徵，亦不意欲單獨使用以判定所主張主題之範疇。應參考本揭示內容之整篇說明書之適當部分、任何或所有圖式及每一申請專利範圍來理解該主題。下文將在以下說明書、申請專利範圍及隨附圖式中更詳細地描述前述內容連同其他特徵及實例。

本發明大體上係關於可見光光源。更特定而言，且非限制性地，本發明係關於整合的垂直腔面射型雷射（VCSEL）泵浦的可見光光源，其包括設置以使用紅外經由光參數振盪（OPO）產生可見光的光學諧振器。本文中描述各種發明性具體實例，包括裝置、系統、組件、晶圓、晶粒、方法、結構、材料、程序及其類似者。

半導體發光裝置可用於許多光學系統中，諸如顯示系統及感測器系統。舉例而言，在一些顯示系統中，自可見光光源（例如，二極體雷射陣列或微發光二極體（微LED）陣列）發射之可見顯示光可經引導投影至使用者之眼睛。在波導顯示器系統中，自可見光光源發射之可見顯示光可經耦合至顯示器（例如，波導顯示器）中以用於將影像遞送至觀看者之眼睛。波導顯示器系統之總效率 η _tot 可藉由

判定，其中 η _EQE 為光源（例如，雷射或微LED）之外部量子效率（external quantum efficiency；EQE）且可與載子（例如，電子）注入效率、內部量子效率及光萃取效率（light extraction efficiency；LEE）之乘積成比例。 η _in 為可見顯示光自光源至波導中之入耦效率。 η _out 為可見顯示光自波導朝向觀看者之眼睛的出耦效率。為了改良例如光學系統（例如，顯示系統）之亮度、解析度及效率，通常需要具有小像素間距（例如，小於約20或約10 μm）、高亮度、高動態範圍、可控制發射方向、可個別定址能力、大色域及製造可擴展性之可見光光源陣列。

然而，製造此類可見光光源可具有挑戰性。舉例而言，LED及有機LED（organic LED；OLED）可在亮度方面具有基本限制。可能極難以製造針對一些可見色彩（例如，綠色）具有高效率的VCSEL。在同一晶片或晶圓上製造用於多個色彩之可見光雷射源可甚至更具有挑戰性。此外，當前可見光光源架構通常可具有較大佔據面積且可能不適合於高解析度顯示器之可個別定址高密度光源陣列。III-V半導體裝置與光子積體電路（photonic integrated circuit；PIC）之整合可提出額外製造挑戰。

根據某些具體實例，可見光光源可包括可以高效率發射近紅外（near-infrared；NIR）或另一紅外（infrared；IR）帶中之光的VCSEL。在下文中NIR光可通常稱為IR光。可見光光源亦可包括微諧振器，該微諧振器可歸因於微諧振器內之簡併四波混合（亦稱為光參數振盪（OPO）之三階非線性光學程序）而將IR光轉換成可見光。在一些具體實例中，微諧振器可定位於VCSEL腔內部或外部且與VCSEL對準，其中可直接或藉由耦合結構（例如，光柵耦合器或奈米諧振器）將由VCSEL發射的IR光耦合至微諧振器中。在一些具體實例中，由VCSEL發射的IR光可藉由耦合結構（例如，光柵耦合器或奈米諧振器）耦合至波導中，且可接著例如經由波導耦合器自波導耦合至微諧振器中。微諧振器可包括例如微環諧振器、光子晶體點缺陷空腔、光子晶體環（線缺陷）空腔、電漿子諧振器及其類似者。藉由微諧振器中之簡併四波混合產生之可見光可藉由耦合結構（例如，光柵，或置放於微諧振器附近之介電或金屬散射器）經由邊耦合耦合出微諧振器進入波導，或經由垂直耦合而耦合至自由空間中。

在一些具體實例中，裝置可包括可見光光源陣列，其中可見光光源可發射不同色彩（諸如紅色、藍色及綠色）之可見光。在一個實例中，每一可見光光源可包括一個微諧振器，且一些可見光光源中之微諧振器（及/或VCSEL）可不同於一些其他可見光光源中之微諧振器（及/或VCSEL），使得不同可見光光源可發射不同色彩之光。在一些具體實例中，可見光光源陣列中之每一可見光光源可設置以或可以可組態以發射不同色彩之光。在一個實例中，可見光光源陣列中之每一可見光光源可包括泵浦VCSEL及具有不同參數之多個微諧振器（例如，垂直地配置），其中多個微諧振器中之每一者可設置以產生不同色彩之可見光，且在一些具體實例中，多個微諧振器中之每一微諧振器可經調諧（例如，藉由熱光或電光調諧器）以獨立地調整由微諧振器產生之對應可見光之強度。在一些具體實例中，可見光光源陣列中之可見光光源可包括具有可調諧腔且可經調諧以發射具有不同波長之泵浦光的泵浦VCSEL，且可見光光源亦可包括具有多個諧振模式且因此可使用具有不同波長之泵浦光產生不同色彩之可見光的微諧振器。

本文中所揭示之技術可達成顯示器應用所需之效能。舉例而言，由於每一可見光光源之垂直組態及可見光光源陣列之配置之緊密性，可達成小間距多色像素化陣列，其可用作液晶顯示器（liquid crystal display；LCD）之具有局部調暗能力的背光單元（BLU），或可用作主動顯示面板。來自可見光光源之輸出光之偏振係可例如藉由輸出耦合結構（例如，光柵、散射器等）之設計而高度控制的。可見光光源之結構可經設計以使用OPO程序產生任何可見波長處之光，且因此可用於藉由產生多於3個原色而提供國際電信聯盟（International Telecommunication Union；ITU）推薦BT.2020（Rec. 2020）色域或甚至更大色域。每一可見光光源之直接電子控制可提供個別可定址能力、高對比度及快速回應。泵浦光及OPO組件之整合提供適合於AR/VR應用整體緊密、低輪廓平面結構。當使用邊耦合時，本文中所揭示之可見光光源亦可用以將紅色、綠色及藍色光提供至其他晶片上光子積體電路。

另外，本文中所揭示之可見光光源可具有可調式可製造性。舉例而言，本文中所揭示之可見光光源可使用用於將近紅外（NIR）VCSEL與用於光子積體電路之SiN、SiC、AlN、LiNbO ₃或SiON材料整合（例如，接合）之已建立整合技術來製造。本文中所揭示之可見光光源使用適合於基板起離之VCSEL結構以實現整合。像素化陣列可以可調式晶圓級製造，包括製造VCSEL及PIC裝置、接合或其類似者。

如本文中所使用，可見光可指人類眼睛可見之光，諸如具有在約400 nm與約750 nm之間的波長。紅外光可通常係指具有大於約750 nm波長之光。近紅外（NIR）光可指具有在例如約750 nm與約2500 nm之間的波長之IR光。

本文中所描述之可見光光源可結合諸如人工實境系統之各種技術來使用。諸如頭戴式顯示器（HMD）或抬頭顯示器（heads-up display；HUD）系統之人工實境系統大體上包括設置以呈現描繪虛擬環境中之物件之人工影像的顯示器。顯示器可呈現虛擬物件或將真實物件之影像與虛擬物件組合，如在虛擬實境（virtual reality；VR）、擴增實境（augmented reality；AR）或混合實境（mixed reality；MR）應用中。舉例而言，在AR系統中，使用者可藉由例如透視透明顯示眼鏡或透鏡（通常稱為光學透視）或觀看由攝影機所俘獲的周圍環境之所顯示影像（通常稱為視訊透視）來觀看虛擬物件之所顯示影像（例如，電腦產生影像（computer-generated image；CGI））及周圍環境之所顯示影像兩者。在一些AR系統中，可使用基於LED之顯示子系統將人工影像呈現給使用者。

在以下描述中，出於解釋之目的，闡述特定細節以便提供對本揭示內容之實例的透徹理解。然而，將顯而易見的是，可在無此等特定細節之情況下實踐各種實例。舉例而言，裝置、系統、結構、總成、方法及其他組件可以方塊圖形式展示為組件，以免以不必要的細節混淆實例。在其他情況下，已在無不必要的細節的情況下展示熟知裝置、程序、系統、結構及技術以便避免混淆具體實例。圖式及描述並不意欲為限定性的。已在本發明中使用之術語及表述用作描述之術語且不為限制性的，且在使用此類術語及表述中，不欲排除所展示及描述之特徵的任何等效者或其部分。字詞「實例」在本文中用於意謂「充當實例、例項或說明」。本文中描述為「實例」的任何具體實例或設計未必解釋為比其他具體實例或設計較佳或有利。

圖 1為根據某些具體實例之包括近眼顯示器120的人工實境系統環境100之實例的簡化方塊圖。圖1中所展示之人工實境系統環境100可包括近眼顯示器120、視情況選用之外部成像裝置150及視情況選用之輸入/輸出介面140，其中之每一者可耦接至視情況選用之控制台110。儘管圖1展示包括一個近眼顯示器120、一個外部成像裝置150及一個輸入/輸出介面140之人工實境系統環境100的實例，但可在人工實境系統環境100中包括任何數目個此等組件，或可省略該等組件中之任一者。舉例而言，可存在多個近眼顯示器120，其可由與控制台110通信之一或多個外部成像裝置150監視。在一些組態中，人工實境系統環境100可不包括外部成像裝置150、視情況選用之輸入/輸出介面140及視情況選用之控制台110。在替代組態中，不同組件或額外組件可包括於人工實境系統環境100中。

近眼顯示器120可為向使用者呈現內容之頭戴式顯示器。由近眼顯示器120呈現之內容的實例包括影像、視訊、音訊或其任何組合中之一或多者。在一些具體實例中，音訊可經由外部裝置（例如，揚聲器及/或頭戴式耳機）呈現，該外部裝置自近眼顯示器120、控制台110或兩者接收音訊資訊，且基於該音訊資訊呈現音訊資料。近眼顯示器120可包括一或多個剛性主體，該一或多個剛性主體可剛性地或非剛性地彼此耦接。剛性主體之間的剛性耦接可使得經耦接之剛性主體充當單一剛性實體。剛性主體之間的非剛性耦接可允許剛性主體相對於彼此移動。在各種具體實例中，近眼顯示器120可以任何合適的外觀尺寸來實施，包括一副眼鏡。下文關於圖2及3進一步描述近眼顯示器120之一些具體實例。另外，在各種具體實例中，本文中所描述之功能性可用於將在近眼顯示器120外部之環境之影像與人工實境內容（例如，電腦產生之影像）組合之耳機中。因此，近眼顯示器120可利用所產生之內容（例如，影像、視訊、聲音等）擴增在近眼顯示器120外部之實體真實世界環境之影像，以將擴增實境呈現給使用者。

在各種具體實例中，近眼顯示器120可包括顯示電子件122、顯示光學件124及眼睛追蹤單元130。在一些具體實例中，近眼顯示器120亦可包括一或多個定位器126、一或多個位置感測器128及慣性量測單元（inertial measurement unit；IMU）132。在各種具體實例中，近眼顯示器120可省略眼睛追蹤單元130、定位器126、位置感測器128及IMU 132中之任一者，或包括額外元件。另外，在一些具體實例中，近眼顯示器120可包括組合結合圖1所描述之各種元件之功能的元件。

顯示電子件122可根據自例如控制台110接收到之資料而向使用者顯示影像或促進向使用者顯示影像。在各種具體實例中，顯示電子件122可包括一或多個顯示面板，諸如液晶顯示器（liquid crystal display；LCD）、有機發光二極體（OLED）顯示器、無機發光二極體（inorganic light emitting diode；ILED）顯示器、微發光二極體（micro light emitting diode；μLED）顯示器、主動矩陣OLED顯示器（active-matrix OLED；AMOLED）、透明OLED顯示器（transparent OLED；TOLED）或一些其他顯示器。舉例而言，在近眼顯示器120之一個實施方案中，顯示電子件122可包括前TOLED面板、後顯示面板及在前顯示面板與後顯示面板之間的光學組件（例如，衰減器、偏振器，或繞射或光譜膜）。顯示電子件122可包括像素以發射諸如紅色、綠色、藍色、白色或黃色之主導色彩的光。在一些實施方案中，顯示電子件122可經由由二維面板產生之立體效應來顯示三維（three-dimensional；3D）影像以產生影像深度之主觀感知。舉例而言，顯示電子件122可包括分別定位於使用者之左眼及右眼前方的左方顯示器及右方顯示器。左方顯示器及右方顯示器可呈現相對於彼此水平地移位之影像的複本，以產生立體效應（亦即，觀看影像之使用者對影像深度的感知）。

在某些具體實例中，顯示光學件124可以光學方式顯示影像內容（例如，使用光波導及耦合器），或放大自顯示電子件122接收到之影像光，校正與該影像光相關聯之光學誤差，且向近眼顯示器120之使用者呈現經校正之影像光。在各種具體實例中，顯示光學件124可包括一或多個光學元件，諸如基板、光波導、孔徑、菲涅爾（Fresnel）透鏡、凸透鏡、凹透鏡、濾光片、輸入/輸出耦合器，或可能影響自顯示電子件122發射之影像光的任何其他合適的光學元件。顯示光學件124可包括不同光學元件之組合，以及用以維持組合中之光學元件之相對間隔及定向的機械耦接件。顯示光學件124中之一或多個光學元件可具有光學塗層，諸如抗反射塗層、反射塗層、濾光塗層，或不同光學塗層之組合。

影像光由顯示光學件124之放大可允許相比較大顯示器，顯示電子件122在實體上較小，重量較輕且消耗較少功率。另外，放大可增加所顯示內容之視場。由顯示光學件124對影像光之放大之量可藉由調整、添加光學元件或自顯示光學件124移除光學元件來改變。在一些具體實例中，顯示光學件124可將經顯示影像投影至可比近眼顯示器120更遠離使用者的眼睛之一或多個影像平面。

顯示光學件124亦可經設計以校正一或多種類型之光學誤差，諸如二維光學誤差、三維光學誤差或其任何組合。二維誤差可包括在兩個維度中出現之光學像差。二維誤差之實例類型可包括桶形失真、枕形失真、縱向色像差及橫向色像差。三維誤差可包括以三維形式出現之光學誤差。三維誤差之實例類型可包括球面像差、慧形像差、場曲及像散。

定位器126可為相對於彼此且相對於近眼顯示器120上之參考點而位於近眼顯示器120上之特定位置中的物件。在一些實施方案中，控制台110可在由外部成像裝置150所俘獲之影像中識別定位器126，以判定人工實境耳機之位置、定向或兩者。定位器126可為LED、角隅稜鏡（corner cube）反射器、反射標誌、與近眼顯示器120進行操作所處之環境形成對比的一種類型之光源，或其任何組合。在定位器126為主動組件（例如，LED或其他類型之發光裝置）之具體實例中，定位器126可發射在可見頻帶（例如，約380 nm至750 nm）中、紅外（IR）頻帶（例如，約750 nm至1 mm）中、紫外頻帶（例如，約10 nm至約380 nm）中、電磁波譜之另一部分中或電磁波譜之部分之任何組合中的光。

外部成像裝置150可包括一或多個攝影機、一或多個視訊攝影機、能夠俘獲包括定位器126中之一或多者之影像的任何其他裝置，或其任何組合。另外，外部成像裝置150可包括一或多個濾波器（例如，以增大信雜比）。外部成像裝置150可設置以偵測外部成像裝置150之視場中自定位器126發射或反射之光。在定位器126包括被動元件（例如，回反射器）之具體實例中，外部成像裝置150可包括照明定位器126中之一些或全部的光源，該等定位器126可將光逆反射至外部成像裝置150中之光源。慢速校準資料可自外部成像裝置150傳達至控制台110，且外部成像裝置150可自控制台110接收一或多個校準參數以調整一或多個成像參數（例如，焦距、焦點、圖框速率(frame rate)、感測器溫度、快門速度、光圈等）。

位置感測器128可回應於近眼顯示器120之運動而產生一或多個量測信號。位置感測器128之實例可包括加速計、陀螺儀、磁力計、其他運動偵測或誤差校正感測器，或其任何組合。舉例而言，在一些具體實例中，位置感測器128可包括用以量測平動（例如，向前/後、上/下或左/右）之多個加速計及用以量測旋轉運動（例如，俯仰、橫偏或橫搖）之多個陀螺儀。在一些具體實例中，各種位置感測器可彼此正交地定向。

IMU 132可為基於自位置感測器128中之一或多者接收到之量測信號而產生快速校準資料的電子裝置。位置感測器128可位於IMU 132外部、IMU 132內部或其任何組合。基於來自一或多個位置感測器128之一或多個量測信號，IMU 132可產生快速校準資料，該快速校準資料指示相對於近眼顯示器120之初始位置的近眼顯示器120之估計位置。舉例而言，IMU 132可隨時間推移整合自加速計接收到之量測信號以估計速度向量，且隨時間推移整合速度向量以判定近眼顯示器120上之參考點的估計位置。替代地，IMU 132可將經取樣量測信號提供至控制台110，該控制台110可判定快速校準資料。儘管參考點通常可界定為空間中之點，但在各種具體實例中，參考點亦可界定為近眼顯示器120內之點（例如，IMU 132之中心）。

眼睛追蹤單元130可包括一或多個眼睛追蹤系統。眼睛追蹤可指判定眼睛相對於近眼顯示器120之位置，包括眼睛之定向及方位。眼睛追蹤系統可包括成像系統以對一或多個眼睛進行成像，且可視情況包括光發射器，該光發射器可產生導向眼睛之光，使得由眼睛反射之光可由成像系統俘獲。舉例而言，眼睛追蹤單元130可包括發射在可見光譜或紅外光譜中之光的非相干或相干光源（例如，雷射二極體），及俘獲由使用者之眼睛反射之光的攝影機。作為另一實例，眼睛追蹤單元130可俘獲由微型雷達單元發射之經反射無線電波。眼睛追蹤單元130可使用低功率光發射器，該等低功率光發射器在不會損傷眼睛或引起身體不適之頻率及強度下發射光。眼睛追蹤單元130可經配置以增大由眼睛追蹤單元130所俘獲之眼睛之影像的對比度，同時減小由眼睛追蹤單元130消耗之總功率（例如，減小由包括於眼睛追蹤單元130中之光發射器及成像系統消耗的功率）。舉例而言，在一些實施方案中，眼睛追蹤單元130可消耗小於100毫瓦之功率。

近眼顯示器120可使用眼睛之定向以例如判定使用者之瞳孔間距離（inter-pupillary distance；IPD）、判定凝視方向、引入深度提示（例如，在使用者之主視線外部的模糊影像）、收集關於VR媒體中之使用者互動的啟發資訊（例如，花費在任何特定個體、物件或圖框上之時間，其依據所暴露之刺激而變化）、部分地基於使用者之眼睛中之至少一者之定向的一些其他功能，或其任何組合。由於可判定使用者之兩隻眼睛的定向，故眼睛追蹤單元130可能夠判定使用者看向何處。舉例而言，判定使用者之凝視方向可包括基於所判定之使用者左眼及右眼的定向來判定會聚點。會聚點可為使用者的眼睛之兩個中央窩軸線相交的點。使用者之凝視方向可為穿過會聚點及在使用者之眼睛之瞳孔之間的中點的線之方向。

輸入/輸出介面140可為允許使用者將動作請求發送至控制台110之裝置。動作請求可為進行特定動作之請求。舉例而言，動作請求可為開始或結束應用程式或進行該應用程式內之特定動作。輸入/輸出介面140可包括一或多個輸入裝置。實例輸入裝置可包括鍵盤、滑鼠、遊戲控制器、手套、按鈕、觸控螢幕，或用於接收動作請求且將接收到之動作請求傳達至控制台110的任何其他合適裝置。可將由輸入/輸出介面140接收到之動作請求傳達至控制台110，該控制台110可進行對應於所請求動作之動作。在一些具體實例中，輸入/輸出介面140可根據自控制台110接收到之指令將觸覺回饋提供至使用者。舉例而言，輸入/輸出介面140可在接收到動作請求時或在控制台110已進行所請求動作且將指令傳達至輸入/輸出介面140時提供觸覺回饋。在一些具體實例中，外部成像裝置150可用於追蹤輸入/輸出介面140，諸如追蹤控制器（其可包括例如IR光源）或使用者之手部之方位或位置以判定使用者之運動。在一些具體實例中，近眼顯示器120可包括一或多個成像裝置以追蹤輸入/輸出介面140，諸如追蹤控制器或使用者之手部的方位或位置以判定使用者之運動。

控制台110可根據自外部成像裝置150、近眼顯示器120及輸入/輸出介面140中之一或多者接收到之資訊而將內容提供至近眼顯示器120以供呈現給使用者。在圖1中所展示之實例中，控制台110可包括應用程式商店112、耳機追蹤模組114、人工實境引擎116及眼睛追蹤模組118。控制台110之一些具體實例可包括與結合圖1所描述之彼等模組不同的模組或額外模組。下文進一步所描述之功能可以與此處所描述之方式不同的方式分佈於控制台110之組件當中。

在一些具體實例中，控制台110可包括處理器及儲存可由該處理器執行之指令的非暫時性電腦可讀取儲存媒體。處理器可包括並行地執行指令之多個處理單元。非暫時性電腦可讀取儲存媒體可為任何記憶體，諸如硬碟驅動機、抽取式記憶體或固態驅動器（例如，快閃記憶體或動態隨機存取記憶體（dynamic random access memory；DRAM））。在各種具體實例中，結合圖1所描述之控制台110的模組可編碼為非暫時性電腦可讀取儲存媒體中之指令，該等指令在由處理器執行時使該處理器進行下文進一步所描述之功能。

應用程式商店112可儲存一或多個應用程式以供控制台110執行。應用程式可包括在由處理器執行時產生內容以供呈現給使用者之指令群組。由應用程式產生之內容可為回應於經由使用者的眼睛之移動而自使用者接收到之輸入，或自輸入/輸出介面140接收到之輸入。應用程式之實例可包括遊戲應用程式、會議應用程式、視訊播放應用程式或其他合適應用程式。

耳機追蹤模組114可使用來自外部成像裝置150之慢速校準資訊來追蹤近眼顯示器120之移動。舉例而言，耳機追蹤模組114可使用來自慢速校準資訊之觀測到之定位器及近眼顯示器120之模型來判定近眼顯示器120之參考點的位置。耳機追蹤模組114亦可使用來自快速校準資訊之位置資訊來判定近眼顯示器120之參考點的位置。另外，在一些具體實例中，耳機追蹤模組114可使用快速校準資訊、慢速校準資訊或其任何組合之部分來預測近眼顯示器120之未來方位。耳機追蹤模組114可將近眼顯示器120之所估計或所預測未來位置提供至人工實境引擎116。

人工實境引擎116可執行人工實境系統環境100內之應用程式，且自耳機追蹤模組114接收近眼顯示器120之位置資訊、近眼顯示器120之加速度資訊、近眼顯示器120之速度資訊、近眼顯示器120之所預測未來位置，或其任何組合。人工實境引擎116亦可自眼睛追蹤模組118接收所估計之眼睛位置及定向資訊。基於接收到之資訊，人工實境引擎116可判定用以提供至近眼顯示器120以供呈現給使用者的內容。舉例而言，若接收到之資訊指示使用者已向左看，則人工實境引擎116可產生用於近眼顯示器120之內容，該內容反映使用者之眼睛在虛擬環境中之移動。另外，人工實境引擎116可回應於自輸入/輸出介面140接收到之動作請求而進行在控制台110上執行之應用程式內的動作，且將指示該動作已進行之回饋提供至使用者。回饋可為經由近眼顯示器120之視覺或聽覺回饋，或經由輸入/輸出介面140之觸覺回饋。

眼睛追蹤模組118可自眼睛追蹤單元130接收眼睛追蹤資料，且基於該眼睛追蹤資料來判定使用者的眼睛之位置。眼睛之位置可包括眼睛相對於近眼顯示器120或其任何元件之定向、方位或兩者。由於眼睛之旋轉軸線依據眼睛在其眼窩中之方位而改變，故判定眼睛在其眼窩中之方位可允許眼睛追蹤模組118更準確地判定眼睛之定向。

圖 2為呈用於實施本文中所揭示之實例中之一些的HMD裝置200之形式的近眼顯示器之實例的透視圖。HMD裝置200可為例如VR系統、AR系統、MR系統或其任何組合之一部分。HMD裝置200可包括主體220及頭部綁帶230。圖2在透視圖中展示主體220之底側223、前側225及左側227。頭部綁帶230可具有可調整或可延伸的長度。在HMD裝置200之主體220與頭部綁帶230之間可存在足夠的空間，以允許使用者將HMD裝置200安裝至使用者之頭部上。在各種具體實例中，HMD裝置200可包括額外組件、較少組件或不同組件。舉例而言，在一些具體實例中，HMD裝置200可包括如例如以下圖3中所展示之眼鏡鏡腿及鏡腿尖端，而非頭部綁帶230。

HMD裝置200可將包括具有電腦產生元素之實體真實世界環境之虛擬及/或擴增視圖的媒體呈現給使用者。由HMD裝置200呈現之媒體的實例可包括影像（例如，二維（2D）或三維（3D）影像）、視訊（例如，2D或3D視訊）、音訊，或其任何組合。該等影像及視訊可由圍封於HMD裝置200之主體220中的一或多個顯示器總成（圖2中未展示）呈現給使用者之每隻眼睛。在各種具體實例中，一或多個顯示器總成可包括單一電子顯示面板或多個電子顯示面板（例如，使用者之每隻眼睛一個顯示面板）。電子顯示面板之實例可包括例如LCD、OLED顯示器、ILED顯示器、μLED顯示器、AMOLED、TOLED、某一其他顯示器，或其任何組合。HMD裝置200可包括兩個眼眶區。

在一些實施方案中，HMD裝置200可包括各種感測器（未展示），諸如深度感測器、運動感測器、位置感測器及眼睛追蹤感測器。此等感測器中之一些可使用結構化之光圖案以用於感測。在一些實施方案中，HMD裝置200可包括用於與控制台進行通信之輸入/輸出介面。在一些實施方案中，HMD裝置200可包括虛擬實境引擎（未展示），該虛擬實境引擎可執行HMD裝置200內之應用程式，且自各種感測器接收HMD裝置200之深度資訊、位置資訊、加速度資訊、速度資訊、所預測未來位置或其任何組合。在一些實施方案中，由虛擬實境引擎接收到之資訊可用於為一或多個顯示器總成產生信號（例如，顯示指令）。在一些實施方案中，HMD裝置200可包括相對於彼此且相對於參考點位於主體220上之固定位置中的定位器（未展示，諸如定位器126）。定位器中之每一者可發射可由外部成像裝置偵測到的光。

圖 3為呈用於實施本文中所揭示之實例中之一些的一副眼鏡之形式的近眼顯示器300之實例的透視圖。近眼顯示器300可為圖1之近眼顯示器120的特定實施方案，且可設置以作為虛擬實境顯示器、擴增實境顯示器及/或混合實境顯示器來操作。近眼顯示器300可包括框架305及顯示器310。顯示器310可設置以將內容呈現給使用者。在一些具體實例中，顯示器310可包括顯示電子件及/或顯示光學件。舉例而言，如上文關於圖1之近眼顯示器120所描述，顯示器310可包括LCD顯示面板、LED顯示面板或光學顯示面板（例如，波導顯示總成）。

近眼顯示器300可進一步包括在框架305上或內之各種感測器350a、350b、350c、350d及350e。在一些具體實例中，感測器350a至350e可包括一或多個深度感測器、運動感測器、位置感測器、慣性感測器或環境光感測器。在一些具體實例中，感測器350a至350e可包括一或多個影像感測器，該一或多個影像感測器設置以產生表示不同方向上之不同視場的影像資料。在一些具體實例中，感測器350a至350e可用作輸入裝置以控制或影響近眼顯示器300之所顯示內容，及/或向近眼顯示器300之使用者提供互動式VR/AR/MR體驗。在一些具體實例中，感測器350a至350e亦可用於立體成像。

在一些具體實例中，近眼顯示器300可進一步包括一或多個照明器330以將光投影至實體環境中。所投影光可與不同頻帶（例如，可見光、紅外光、紫外光等）相關聯，且可用於各種目的。舉例而言，照明器330可將光投影於黑暗環境中（或具有低強度之紅外光、紫外光等的環境中），以輔助感測器350a至350e俘獲黑暗環境內之不同物件的影像。在一些具體實例中，照明器330可用以將某些光圖案投影至環境內之物件上。在一些具體實例中，照明器330可用作定位器，諸如上文關於圖1所描述之定位器126。

在一些具體實例中，近眼顯示器300亦可包括高解析度攝影機340。攝影機340可俘獲視場中之實體環境的影像。所捕獲影像可例如由虛擬實境引擎（例如，圖1之人工實境引擎116）處理，以將虛擬物件添加至所俘獲影像或修改所俘獲影像中之實體物件，且經處理影像可由顯示器310顯示給使用者以用於AR或MR應用。

圖 4說明根據某些具體實例之包括波導顯示器之光學透視擴增實境系統400之實例。擴增實境系統400可包括投影器410及組合器415。投影器410可包括光源或影像源412及投影器光學件414。在一些具體實例中，光源或影像源412可包括上文所描述之一或多個微LED裝置。在一些具體實例中，影像源412可包括顯示虛擬物件之複數個像素，諸如LCD顯示面板或LED顯示面板。在一些具體實例中，影像源412可包括產生相干或部分相干光之光源。舉例而言，影像源412可包括雷射二極體、垂直腔面射型雷射、LED及/或上文所描述之微LED。在一些具體實例中，影像源412可包括各自發射對應於原色（例如，紅色、綠色或藍色）之單色影像光的複數個光源（例如，上文所描述之微LED陣列）。在一些具體實例中，影像源412可包括三個二維微LED陣列，其中每一二維微LED陣列可包括設置以發射具有原色（例如，紅色、綠色或藍色）之光的微LED。在一些具體實例中，影像源412可包括光學圖案產生器，諸如空間光調變器。投影器光學件414可包括可調節來自影像源412之光，諸如擴展、準直、掃描或將光自影像源412投影至組合器415的一或多個光學組件。一或多個光學組件可包括例如一或多個透鏡、液體透鏡、鏡面、光圈及/或光柵。舉例而言，在一些具體實例中，影像源412可包括一或多個一維微LED陣列或細長二維微LED陣列，且投影器光學件414可包括設置以掃描一維微LED陣列或細長二維微LED陣列以產生影像圖框(image frame)的一或多個一維掃描器（例如，微鏡或稜鏡）。在一些具體實例中，投影器光學件414可包括具有複數個電極之液體透鏡（例如，液晶透鏡），該液體透鏡允許掃描來自影像源412之光。

組合器415可包括用於將來自投影器410之光耦合至組合器415之基板420中的輸入耦合器430。組合器415可透射第一波長範圍內之光的至少50%且反射第二波長範圍內之光的至少25%。舉例而言，第一波長範圍可為自約400 nm至約650 nm之可見光，且第二波長範圍可在例如自約800 nm至約1000 nm之紅外頻帶中。輸入耦合器430可包括體積全像光柵、繞射光學元件（diffractive optical element；DOE）（例如，表面起伏光柵）、基板420之傾斜表面或折射耦合器（例如，楔狀物或稜鏡）。舉例而言，輸入耦合器430可包括反射體積布拉格（Bragg）光柵或透射體積布拉格光柵。對於可見光，輸入耦合器430可具有大於30%、50%、75%、90%或更高之耦合效率。耦合至基板420中之光可經由例如全內反射（全內反射；TIR）在基板420內傳播。基板420可呈一副眼鏡之透鏡的形式。基板420可具有平坦或彎曲表面，且可包括一或多種類型之介電材料，諸如玻璃、石英、塑膠、聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)（poly(methyl methacrylate)；PMMA）、晶體或陶瓷。基板之厚度可在例如小於約1 mm至約10 mm或更大之範圍內。基板420對於可見光可為透明的。

基板420可包括或可耦接至複數個輸出耦合器440，該複數個輸出耦合器440各自設置以自基板420提取由基板420導引且在其內傳播的光之至少一部分，且將所提取光460引導至擴增實境系統400之使用者的眼睛490在擴增實境系統400處於使用中時可位於的眼眶495。複數個輸出耦合器440可複製出射光瞳以增大眼眶495之大小，使得所顯示影像在較大區域中可見。與輸入耦合器430一樣，輸出耦合器440可包括光柵耦合器（例如，體積全像光柵或表面起伏光柵）、其他繞射光學元件、稜鏡等。舉例而言，輸出耦合器440可包括反射體積布拉格光柵或透射體積布拉格光柵。輸出耦合器440可在不同方位處具有不同的耦合（例如，繞射）效率。基板420亦可允許來自組合器415前方之環境的光450在損失極少或無損失之情況下穿過。輸出耦合器440亦可允許光450在損失極少之情況下穿過。舉例而言，在一些實施方案中，輸出耦合器440可對於光450具有極低繞射效率，使得光450可在損失極少之情況下折射或以其他方式穿過輸出耦合器440，且因此可具有高於所提取光460之強度。在一些實施方案中，輸出耦合器440可對光450具有高繞射效率，且可在損失極少之情況下在某些所要方向（亦即，繞射角）上繞射光450。因此，使用者可能夠觀看組合器415前方之環境與由投影器410投影之虛擬物件之影像的經組合影像。

圖 5A說明根據某些具體實例之包括波導顯示器530之近眼顯示器（near-eye display；NED）裝置500之實例。NED裝置500可為近眼顯示器120、擴增實境系統400或另一類型之顯示裝置的實例。NED裝置500可包括光源510、投影光學件520及波導顯示器530。光源510可包括不同色彩之多組光發射器，諸如一組紅光發射器512、一組綠光發射器514及一組藍光發射器516。紅光發射器512經組織成陣列；綠光發射器514經組織成陣列；且藍光發射器516經組織成陣列。光源510中之光發射器之尺寸及間距可能較小。舉例而言，每一光發射器可具有小於2 μm（例如，約1.2 μm）之直徑，且間距可小於2 μm（例如，約1.5 μm）。因此，每一紅光發射器512、綠光發射器514及藍光發射器516中之光發射器之數目可等於或大於顯示影像中之像素之數目，諸如960×720、1280×720、1440×1080、1920×1080、2160×1080或2560×1080像素。因此，顯示影像可由光源510同時產生。掃描元件可不用於NED裝置500中。

在到達波導顯示器530之前，由光源510發射之光可由可包括透鏡陣列之投影光學件520進行調節。投影光學件520可準直由光源510發射之光或將該光聚焦至波導顯示器530，該波導顯示器530可包括用於將由光源510發射之光耦合至波導顯示器530中的耦合器532。耦合至波導顯示器530中之光可經由例如如上文關於圖4所描述之全內反射在波導顯示器530內傳播。耦合器532亦可將在波導顯示器530內傳播之光的部分耦合出波導顯示器530且導向使用者之眼睛590。

圖 5B說明根據某些具體實例之包括波導顯示器580的近眼顯示器（NED）裝置550之實例。在一些具體實例中，NED裝置550可使用掃描鏡面570以將來自光源540之光投影至影像場，其中使用者之眼睛590可位於該影像場中。NED裝置550可為近眼顯示器120、擴增實境系統400或另一類型之顯示裝置的實例。光源540可包括一或多列或一或多行不同色彩之光發射器，諸如多列紅光發射器542、多列綠光發射器544及多列藍光發射器546。舉例而言，紅光發射器542、綠光發射器544及藍光發射器546可各自包括N個列，每一列包括例如2560個光發射器（像素）。紅光發射器542組織成陣列；綠光發射器544組織成陣列；且藍光發射器546組織成陣列。在一些具體實例中，光源540可包括用於每一色彩的單行光發射器。在一些具體實例中，光源540可包括用於紅色、綠色及藍色中之每一者的多行光發射器，其中每一行可包括例如1080個光發射器。在一些具體實例中，光源540中之光發射器之尺寸及/或間距可相對較大（例如，約3至5 μm），且因此光源540可不包括用於同時產生完整顯示影像之足夠光發射器。舉例而言，用於單一色彩之光發射器之數目可少於顯示影像中之像素之數目（例如，2560×1080個像素）。由光源540發射之光可為準直或發散光束之集合。

在到達掃描鏡面570之前，由光源540發射之光可由諸如準直透鏡或自由形式光學元件560之各種光學裝置來調節。自由形式光學元件560可包括例如多琢面稜鏡或另一光摺疊元件，該多琢面稜鏡或另一光摺疊元件可將由光源540發射之光導向掃描鏡面570，諸如使由光源540發射之光之傳播方向改變例如約90°或更大。在一些具體實例中，自由形式光學元件560可為可旋轉的以掃描光。掃描鏡面570及/或自由形式光學元件560可將由光源540發射之光反射及投影至波導顯示器580，該波導顯示器580可包括用於將由光源540發射之光耦合至波導顯示器580中之耦合器582。耦合至波導顯示器580中之光可經由例如如上文關於圖4所描述之全內反射在波導顯示器580內傳播。耦合器582亦可將在波導顯示器580內傳播之光的部分耦合出波導顯示器580且朝向使用者之眼睛590。

掃描鏡面570可包括微機電系統（micro-electro-mechanical system；MEMS）鏡面或任何其他合適之鏡面。掃描鏡面570可旋轉以在一或兩個維度上進行掃描。在掃描鏡面570旋轉時，由光源540發射之光可經引導至波導顯示器580之不同區域，使得完整顯示影像可在每一掃描循環中投影至波導顯示器580上且由波導顯示器580引導至使用者之眼睛590。舉例而言，在光源540包括一或多列或行中之所有像素之光發射器的具體實例中，掃描鏡面570可在行或列方向（例如，x或y方向）上旋轉以掃描影像。在光源540包括一或多列或行中之一些但非所有像素之光發射器的具體實例中，掃描鏡面570可在列及行方向兩者（例如，x及y方向兩者）上旋轉以投影顯示影像（例如，使用光柵型掃描圖案）。

NED裝置550可在預定義顯示週期中操作。顯示週期（例如，顯示循環）可指掃描或投影全影像之持續時間。舉例而言，顯示週期可為所要圖框速率之倒數。在包括掃描鏡面570之NED裝置550中，顯示週期亦可稱為掃描週期或掃描循環。由光源540進行之光產生可與掃描鏡面570之旋轉同步。舉例而言，每一掃描循環可包括多個掃描步驟，其中光源540可在每一各別掃描步驟中產生不同光圖案。

在每一掃描循環中，在掃描鏡面570旋轉時，顯示影像可經投影至波導顯示器580及使用者之眼睛590上。顯示影像之給定像素方位之實際色彩值及光強度（例如，亮度）可為在掃描週期期間照明該像素方位之三個色彩（例如，紅色、綠色及藍色）之光束的平均值。在完成掃描週期之後，掃描鏡面570可回復至初始位置以投影用於下一顯示影像之前幾列的光，或可在反方向上或以掃描圖案旋轉以投影用於下一顯示影像之光，其中新的驅動信號集合可經饋送至光源540。當掃描鏡面570在每一掃描循環中旋轉時，可重複相同程序。因此，可在不同掃描循環中將不同影像投影至使用者之眼睛590。

圖 6說明根據某些具體實例的在近眼顯示器系統600中之影像源總成610之實例。影像源總成610可包括例如可產生待投影至使用者之眼睛之顯示影像的顯示面板640，及可將由顯示面板640產生之顯示影像投影至如上文關於圖4至5B所描述之波導顯示器的投影器650。顯示面板640可包括光源642及用於光源642之驅動器電路644。光源642可包括例如光源510或540。投影器650可包括例如上文所描述之自由形式光學元件560、掃描鏡面570及/或投影光學件520。近眼顯示器系統600亦可包括同步地控制光源642及投影器650（例如，掃描鏡面570）之控制器620。影像源總成610可產生影像光且將影像光輸出至波導顯示器（圖6中未展示），諸如波導顯示器530或580。如上文所描述，波導顯示器可在一或多個輸入耦合元件處接收影像光，且將接收到之影像光導引至一或多個輸出耦合元件。輸入及輸出耦合元件可包括例如繞射光柵、全像光柵、稜鏡或其任何組合。輸入耦合元件可經選擇以使得利用波導顯示器發生全內反射。輸出耦合元件可將全體經全內反射之影像光之部分耦合出波導顯示器。

如上文所描述，光源642可包括以陣列或矩陣配置之複數個光發射器。每一光發射器可發射單色光，諸如紅光、藍光、綠光、紅外光或其類似者。儘管在本發明中常常論述RGB色彩，但本文中所描述之具體實例不限於將紅色、綠色及藍色用作原色。其他色彩亦可用作近眼顯示器系統600之原色。在一些具體實例中，根據一具體實例之顯示面板可使用多於三種原色。光源642中之每一像素可包括三個子像素，該等三個子像素包括紅光光源、綠光光源及藍光光源，其中每一光源可包括例如雷射（例如，VCSEL）、微LED、諧振腔LED（RCLED）或其類似者。在一些具體實例中，光源可包括半導體光源，諸如半導體雷射或半導體LED。半導體LED通常包括多個半導體材料層內之主動發光層。多個半導體材料層可包括不同化合物材料或具有不同摻雜劑及/或不同摻雜密度之相同基底材料。舉例而言，多個半導體材料層可包括n型材料層、可包括異質結構（例如，一或多個量子井）之主動區及p型材料層。多個半導體材料層可生長於具有某一定向之基板之表面上。在一些具體實例中，為了提高光提取效率，可形成包括該等半導體材料層中之至少一些之台面。

控制器620可控制影像源總成610之影像顯現操作，諸如光源642及/或投影機650之操作。舉例而言，控制器620可判定用於影像源總成610以顯現一或多個顯示影像之指令。指令可包括顯示指令及掃描指令。在一些具體實例中，顯示指令可包括影像檔案（例如，位元映像檔案）。可自例如控制台接收顯示指令，該控制台諸如上文關於圖1所描述之控制台110。掃描指令可由影像源總成610使用以產生影像光。掃描指令可指定例如影像光光源之類型（例如，單色或多色）、掃描速率、掃描設備之定向、一或多個照明參數，或其任何組合。控制器620可包括此處未展示以免混淆本發明之其他態樣的硬體、軟體及/或韌體之組合。

在一些具體實例中，控制器620可為顯示裝置之圖形處理單元（graphics processing unit；GPU）。在其他具體實例中，控制器620可為其他種類之處理器。由控制器620進行之操作可包括獲取用於顯示之內容及將內容劃分成離散區段。控制器620可將掃描指令提供至光源642，該等掃描指令包括對應於光源642之個別源元件的位址及/或經施加至個別源元件之電偏置。控制器620可指示光源642使用對應於最終顯示給使用者的影像中之一或多列像素之光發射器來依序呈現離散區段。控制器620亦可指示投影器650進行對光之不同調整。舉例而言，控制器620可控制投影器650掃描離散區段至波導顯示器（例如，波導顯示器580）之耦合元件之不同區域，如上文關於圖5B所描述。因此，在波導顯示器之出射光瞳處，每一離散部分呈現於不同各別方位中。儘管每一離散區段呈現於不同各別時間，但離散區段之呈現及掃描足夠快速地進行，使得使用者之眼睛可將不同區段整合成單一影像或一系列影像。

影像處理器630可為專用於進行本文中所描述之特徵的通用處理器及/或一或多個特殊應用電路。在一個具體實例中，通用處理器可耦接至記憶體以執行使得處理器進行本文中所描述之某些程序的軟體指令。在另一具體實例中，影像處理器630可為專用於進行某些特徵之一或多個電路。儘管影像處理器630在圖6中展示為與控制器620及驅動器電路644分開之獨立單元，但在其他具體實例中，影像處理器630可為控制器620或驅動器電路644之子單元。換言之，在彼等具體實例中，控制器620或驅動器電路644可進行影像處理器630之各種影像處理功能。影像處理器630亦可稱為影像處理電路。

在圖6中所展示之實例中，可由驅動器電路644基於自控制器620或影像處理器630發送之資料或指令（例如，顯示及掃描指令）來驅動光源642。在一個具體實例中，驅動器電路644可包括電路面板，該電路面板連接至光源642之各種光發射器且機械地固持該等光發射器。光源642可根據由控制器620設定且由影像處理器630及驅動器電路644潛在地調整之一或多個照明參數來發射光。可由光源642使用照明參數以產生光。照明參數可包括例如光源波長、脈衝速率、脈衝振幅、光束類型（連續或脈衝式）、可影響所發射光之其他參數，或其任何組合。在一些具體實例中，由光源642產生之光源光可包括多個紅光、綠光及藍光光束，或其任何組合。

投影器650可進行一組光學功能，諸如聚焦、組合、調節或掃描由光源642產生之影像光。在一些具體實例中，投影器650可包括組合總成、光調節總成或掃描鏡面總成。投影器650可包括以光學方式調整且潛在地重新引導來自光源642之光的一或多個光學組件。光調整之一個實例可包括調節光，諸如擴展、準直、校正一或多個光學誤差（例如，場曲、色像差等）、一些其他光調整，或其任何組合。投影器650之光學組件可包括例如透鏡、鏡面、光圈、光柵，或其任何組合。

投影器650可經由影像光之一或多個反射及/或折射部分重新引導該影像光，使得影像光以某些定向朝向波導顯示器投影。影像光經重新引導朝向波導顯示器之方位可取決於一或多個反射及/或折射部分之特定定向。在一些具體實例中，投影器650包括在至少兩個維度上掃描之單一掃描鏡面。在其他具體實例中，投影器650可包括各自在彼此正交之方向上掃描之複數個掃描鏡面。投影器650可進行光柵掃描（水平地或垂直地）、雙諧振掃描，或其任何組合。在一些具體實例中，投影器650可以特定振盪頻率沿水平及/或垂直方向進行受控振動，以沿兩個維度掃描且產生呈現給使用者之眼睛的媒體之二維經投影影像。在其他具體實例中，投影器650可包括可用於與一或多個掃描鏡面類似或相同之功能的透鏡或稜鏡。在一些具體實例中，影像源總成610可不包括投影器，其中由光源642發射之光可直接入射於波導顯示器上。

（例如，擴增實境系統400或NED裝置500或550中之）光子積體電路或基於波導之顯示器之總效率可為個別組件之效率的乘積，且亦可取決於組件連接方式。舉例而言，擴增實境系統400中的基於波導之顯示器之總效率

可取決於影像源412之發光效率、藉由投影器光學件414及輸入耦合器430自影像源412至組合器415中的光耦合效率及輸出耦合器440之輸出耦合效率，且因此可判定為：

,

（1）

其中

為影像源412之外部量子效率，

為自影像源412至波導（例如，基板420）中之光之入耦效率，且

為藉由輸出耦合器440自波導朝向使用者之眼睛之光之出耦效率。因此，可藉由改良

、

及

中之一或多者來改良基於波導之顯示器之總效率

。

將所發射光自光源耦合至波導的光學耦合器（例如，輸入耦合器430或耦合器532）可包括例如光柵、透鏡、微透鏡、稜鏡。在一些具體實例中，來自小光源（例如，微LED）之光可自光源直接（例如，端對端）耦合至波導，而無需使用光學耦合器。在一些具體實例中，可在光源上製造光學耦合器（例如，透鏡或拋物線形反射器）。

本文中所描述之可見光光源、影像源或其他顯示器可包括一或多個LED、一或多個有機LED（OLED）、一或多個VCSEL、一或多個RCLED或其類似者。通常合乎需要的是，可見光光源具有小像素大小、高亮度、高動態範圍、可控制發射方向、個別可定址能力、大色域覆蓋範圍及製造可擴展性。LED及OLED可具有亮度之基本限制。

VCSEL通常包括形成雷射諧振器之雷射腔中之發光主動區。發光主動區可包括在適當地偏置時發射光子之量子井（quantum well；QW）。光子可藉由一對鏡面（諸如分佈式布拉格反射（distributed Bragg reflection；DBR）鏡面或高對比度光柵（high-contrast grating；HCG）鏡面）而受限於雷射腔中。在一些具體實例中，一個DBR鏡面可經n摻雜且另一DBR鏡面可經p摻雜。在一些具體實例中，p摻雜層及n摻雜層可用於雷射腔中且發光主動區可在p摻雜層與n摻雜層之間。VCSEL可係基於多種材料。舉例而言，具有自約650 nm至約1300 nm之波長的VCSEL可係基於砷化鎵（GaAs）晶圓，其具有由交錯之GaAs及砷化鋁鎵（AlGaAs）層形成的DBR。在GaAs/AlGaAs VCSEL中，材料之晶格常數不隨組成改變而顯著改變，因此允許多個晶格匹配磊晶層在GaAs基板上生長。基於AlGaAs之DBR可具有接近100%之反射率，其可高效地限制雷射腔中之光子。AlGaAs之折射率可隨著Al分數增大而變化，因此將用以形成具有高反射率之DBR鏡面之層的數目減至最小。摻雜有p型或n型雜質之基於AlGaAs之DBR亦可充當電流路徑。選擇性地氧化鄰近於QW之AlGaAs層可橫向地限制光子及載子。

圖 7A說明VCSEL 700之實例。VCSEL 700可包括基板710，諸如GaAs基板或GaN基板。在所說明實例中，視情況選用之塊體DBR 720可形成（例如，磊晶生長）於基板710上。塊體DBR 720可包括具有不同折射率之不同材料之多個交錯層，諸如多對AlGaAs/GaAs或AlAs/GaAs層，且因此可反射不同材料層之間的界面處之光以達成較高總反射率。底部DBR 730可形成於塊體DBR 720上或可為塊體DBR 720之部分。底部DBR 730可類似地包括具有不同折射率之不同材料之多個交錯層。VCSEL 700亦可包括包覆層740、主動區750及包覆層760，其中包覆層740及760可經p摻雜或n摻雜且可將載子注入至主動區750中。主動區750可包括一或多個量子井或量子點，及QW障壁層。載子可在主動區750中重組以發射光子。頂部DBR 770可形成於包覆層760上，且可類似於底部DBR 730。頂部DBR 770及底部DBR 730（及塊體DBR 720）可形成可限制光子之平面平行雷射腔。頂部DBR 770、包覆層760、主動區750、包覆層740及底部DBR 730可經垂直蝕刻以在塊體DBR 720及基板710上形成具有所要間距之所要大小的個別VCSEL。

VCSEL 700可具有小於約100 μm、50 μm、30 μm、20 μm或10 μm之線性尺寸。舉例而言，在一些具體實例中，平行雷射腔可具有約10 μm之長度。在圖7A中所展示之實例中，底部DBR 730及塊體DBR 720可組合地具有接近100%之反射率以反射幾乎所有入射光子。頂部DBR 770可具有小於100%之反射率，使得所發射光子之一部分可經由頂部DBR 770透射出雷射腔。VCSEL 700可以高效率及高功率（諸如自約1 mW至約10 mW或更高）發射紅外光。

圖7B說明根據某些具體實例之可調諧VCSEL 705之實例。可調諧VCSEL 705中之垂直腔可由第一反射器724及第二反射器752形成，其中第一反射器724及第二反射器752對於IR光可具有高反射率（例如，＞80%、＞85%、＞90%、＞95%、＞99%或更高），且第二反射器752可具有低反射率或對於可見光可為抗反射的。

可調諧VCSEL 705可包括驅動電路712，該驅動電路712可藉由例如晶粒至晶圓接合或晶圓至晶圓接合直接地或間接地（例如，經由插入件或薄膜電晶體層）接合至VCSEL 722。驅動電路712可包括形成於矽基板上之各種電路，如上文例如關於圖6所描述。驅動電路712可接合至VCSEL 722之電極以驅動VCSEL 722產生具有足夠長持續時間的連續波（continuous-wave；CW）或脈衝式IR光。由VCSEL 722發射之IR光的強度及因此來自可調諧VCSEL 705之可見光的強度可藉由由驅動電路712供應至VCSEL 722之驅動電流或電壓控制。

VCSEL 722可包括第一電極732（例如，陽極或陰極）、第二電極734，及形成於第一電極732與第二電極734之間的半導體結構（例如，磊晶層）。半導體結構可包括例如第一反射器724、可發射IR光之主動區726，及其他半導體層（未標記於圖7B中），諸如包覆層或可經p摻雜或n摻雜之載子注入層，如上文關於圖7所描述。

第一反射器724及第二反射器752可各自包括由具有不同折射率及/或厚度之多對介電層、半導體層或金屬材料層（經摻雜或未摻雜）（諸如GaAs及AlAs（或AlGaAs）層、氧化物層（例如，氧化矽及另一氧化物層）或其類似者）形成的DBR反射器。在一些具體實例中，第一反射器724或第二反射器752中之至少一者可包括高對比度光柵（HCG），其可包括由具有大折射率對比度之材料製成之子波長光柵層。HCG可具有高反射率之寬頻寬，且可經使用作為可調諧鏡面。主動區726可包括例如InGaAs量子井層及GaAs障壁層、InAlGaAs量子井層及AlGaAs障壁層或其類似者。

在所說明實例中，可調諧VCSEL 705包括由第一反射器724及第二反射器形成之可調諧垂直腔中之微機電系統（micro-electro-mechanical-system；MEMS）裝置762，其中第二反射器752可形成於MEMS裝置762上且因此可係可由MEMS裝置762移動的。在一些具體實例中，其他微致動器或奈米致動器（諸如微馬達、壓電致動器、鐵電致動器、磁性致動器、超音波致動器或其類似者）可用於移動第二反射器752。由VCSEL 722發射且在由第一反射器724及第二反射器752形成之垂直腔內振盪的光可藉由使用MEMS裝置762或另一致動器調諧第二反射器752之方位以調諧光學路徑長度且因此調諧垂直腔之諧振波長而連續地調諧。

如上文所描述，基於III-V半導體（例如，InGaN或AlGaAs）之雷射之光譜覆蓋範圍可受可用增益介質之性質（例如，帶隙）限制。可能極難以製造用於一些色彩（例如，綠色）且具有高效率之VCSEL。在同一晶片或晶圓上製造用於多個色彩之可見光雷射源可甚至更具有挑戰性。此外，當前可見光光源通常可具有較大大小，且因此可能不適合於可個別定址之高密度可見光光源陣列。III-V半導體裝置與光子積體電路（PIC）之整合可向製造提出額外挑戰。

根據某些具體實例，某些非線性增益介質之非線性效應可用以使用來自VCSEL之IR泵浦光產生寬光譜範圍中之可見光。在一個實例中，可見半導體光源可包括可以高效率發射近紅外（NIR）或另一紅外（IR）頻帶中之光的VCSEL。可見半導體光源亦可包括微諧振器，該微諧振器包括三階非線性材料且因此可使用由微諧振器之非線性光學效應（例如，三階非線性效應χ ⁽³⁾）引起之簡併四波混合（亦稱為三階光參數振盪（OPO））將IR光轉換成可見光。

四波混合為由藉由χ ⁽³⁾係數描述之三階光學件非線性（克爾（Kerr）效應）引起之非線性效應。四波混合可在具有兩個頻率分量ν ₁及ν ₂之光在包括三階非線性介質之光波導中共同傳播時發生。歸因於三階非線性效應之折射率調變可引起具有兩個額外頻率分量ν ₃及ν ₄之光的產生，其中ν ₄= ν ₁+ν ₂−ν ₃，且具有頻率ν ₃及ν ₄之光可經歷非線性介質中之參數化放大。此程序可稱為非簡併四波混合。當四個頻率中之兩個頻率分量ν ₁及ν ₂一致時，可發生簡併四波混合（degenerate four-wave mixing；DFWM），其中單一頻率泵浦波（例如，具有頻率ν _p）可引起信號波（具有頻率ν _s）及惰輪波（具有頻率ν _i）之產生及放大，且其中可符合頻率相位匹配條件2ν _p= ν _s+ν _i。信號波及惰輪波通常可具有不同頻率。

圖 8A及 8B說明使用低頻率泵浦光經由簡併四波混合產生較高頻率光信號之實例。具有頻率ν _p之兩個泵浦光子810可加總以產生虛擬激發態815，該虛擬激發態815可用於產生分別具有頻率ν _s及ν _i之一對光子820及830。歸因於能量守恆，光子820及830之頻率ν _s及ν _i可關於泵浦光子810之頻率ν _p對稱（亦即，|ν _s−ν _p|=|ν _p−ν _i|），如圖8B中所展示。

四波混合為相位敏感程序。若滿足用於相長干擾之相位匹配條件（其可受色散及/或非線性相移影響），則四波混合之效應可在較長距離內累積（例如，經由環諧振器中之許多迴路）。環諧振器可包括耦接至輸入耦合器及/或輸出耦合器之封閉迴路波導。當環諧振器之諧振波長處的光傳播穿過封閉迴路波導時，其強度由於迴路之間的相長干擾而在多個往返內積累。僅幾個波長之光可在封閉迴路波導內諧振。環諧振器之光學路徑長度可為2πr×n _eff，其中r為環諧振器之半徑且n _eff為環諧振器之有效折射率。為符合用於相長干擾之諧振條件，環（迴路）之光學路徑長度可為諧振光之波長的整數倍：m×λ _m=2πr×n _eff，其中λ _m為諧振波長且 m為環諧振器之模數（正整數）。諧振頻率或波長可藉由改變環諧振器之有效折射率n _eff及/或藉由改變泵浦光之波長來調諧。

圖 8C說明微諧振器（例如，環諧振器）之實例之多個縱向諧振模式。圖8C展示三個縱向諧振模式m-1、m及m+1。縱向模式之傳輸頻譜之全寬半幅值（full-width half-magnitude；FWHM）為

。兩個鄰近模式之頻率之間的差為自由頻譜範圍

。微諧振器之品質因數Q及精細度F可藉由以下描述：

,及

， 其中λ為工作波長。品質因數可用於判定給定環諧振器之諧振條件之頻譜範圍，且亦適用於量化諧振器中往返損失之量。低Q因數可由較大損失造成。精細度F亦可與諧振器損失相關，且因此可指示往返諧振器損失。

OPO為光學諧振器（例如，諧振光學腔）內之光參數放大（optical parametric amplification；OPA）。舉例而言，在環諧振器中，OPO為腔增強型DFWM，其中全部三個光波（泵浦波、信號波及惰輪波）均符合同一腔之諧振條件，且因此可在環諧振器中諧振以經由諧振增強型場強度積累極大地增強非線性轉換。因此，泵浦波之頻率可限於藉由環諧振器在泵浦波長處之光學路徑長度判定之一組縱向諧振模式。類似地，信號波之頻率可限於藉由環諧振器在信號波長處之光學路徑長度判定之一組縱向諧振模式，且惰輪波之頻率可限於藉由環諧振器在惰輪波長處之光學路徑長度判定之一組縱向諧振模式。使用低損失光學諧振器（例如，環諧振器），非線性轉換效率可在具有緊密佔據面積（例如，針對諸如SiC之一些高折射率材料，具有＜10 μm之半徑）之諧振器內顯著提昇（＞10%）。由於所產生信號波之波長（色彩）可藉由腔之光學路徑長度控制以符合諧振條件，因此諧振光學腔（例如，環諧振器）可經設計以產生可見範圍內之任何色彩的光。

根據某些具體實例，用於諧振光學腔（例如，微諧振器）中之DFWM的泵浦光可為由VCSEL產生之IR光，其中微諧振器可分別以腔內組態或腔外組態定位在VCSEL腔內部或外部。由VCSEL發射之IR光可直接地或藉由耦合結構（例如，光柵耦合器）耦合至微諧振器中。在一些具體實例中，由VCSEL發射之IR光可藉由VCSEL腔內部或外部之耦合結構（例如，光柵耦合器或奈米諧振器）耦合至波導中且可接著自波導耦合至微諧振器中。在一些具體實例中，光柵耦合器可包括變跡(apodize)、啁啾(chirped)及/或傾斜(slanted)光柵以達成所要耦合方向及所要耦合效率。在一些具體實例中，可見光光源可包括處於腔外或腔內組態之多個耦合結構。

微諧振器可包括低損失結構，其中光可在經吸收、散射或轉換之前長時間行進。如上文所描述，經由OPO程序所產生之光的色彩可藉由微諧振器之幾何形狀及材料（且因此有效折射率）來控制。根據某些具體實例，微諧振器可包括例如如上文所描述之微環諧振器、光子晶體點缺陷空腔、光子晶體環（線缺陷）空腔、電漿子諧振器、基於波導光柵之諧振器或其類似者。舉例而言，當在光子晶體中產生點缺陷時，缺陷可將光模式拉至帶隙中且捕獲光模式（形成諧振腔），此係由於禁止此狀態在塊體晶體中傳播，且在諧振頻率下之狀態密度可在諧振腔中極高以達成高效率。光子晶體線缺陷空腔可藉由例如省略光子晶體平板中之多個孔來形成。

根據某些具體實例，藉由微諧振器之諧振腔中之簡併四波混合產生之可見光可經由邊耦合耦合出微諧振器進入PIC之波導，或可經由藉由諸如光柵耦合器之耦合結構的垂直耦合耦合出微諧振器進入自由空間。在一些具體實例中，光柵耦合器可包括變跡、啁啾及/或傾斜光柵以達成所要耦合方向及高耦合效率。

圖 9A展示根據某些具體實例之包括設置以將在光學諧振器910中產生的光垂直地耦合出光學諧振器910的耦合結構920之結構900的實例之橫截面視圖。 圖 9B展示根據某些具體實例之圖9A之結構900的實例之俯視圖。在所說明實例中，光學諧振器910可包括微環諧振器。在一些具體實例中，光學諧振器910可具有不同於環形狀之形狀，諸如卵形形狀、軌道形狀、螺旋形形狀（例如，阿基米德（Archimedean）螺旋形形狀）或另一封閉迴路。光學諧振器910可包括具有三階非線性之低損失材料。在一些具體實例中，為減小光學諧振器910之佔據面積，光學諧振器910可包括高折射率材料，諸如SiN或SiC。耦合結構920可包括形成於光學諧振器910上之光柵耦合器，其中光柵耦合器可沿光學諧振器910之內圓周、在光學諧振器910之頂部或底部上、沿光學諧振器910之外圓周或前述位置之任何組合。光柵耦合器可包括傾斜光柵，該傾斜光柵具有在z方向上包括分量之光柵向量，以使得在光學諧振器910中之x-y平面中的環中傳播之光可藉由光柵耦合器垂直地耦合出光學諧振器910。

圖 9C說明根據某些具體實例之設置以將在光學諧振器930中產生的光耦合至輸出波導950中的結構902之實例之俯視圖。在圖9C中所展示之實例中，來自VCSEL之IR泵浦光可自泵浦波導940耦合至光學諧振器930中，且所產生可見光（例如，信號波）可耦合至輸出波導950中。惰輪波可經耦合至泵浦波導940或輸出波導950中。在一些具體實例中，波長劃分解多工器可用於分離信號波及惰輪波。

圖 9D說明根據某些具體實例之設置以將在光學諧振器中產生的光耦合至波導980中的結構904之實例之俯視圖。在所說明實例中，來自VCSEL之IR泵浦光可至少部分地自波導980耦合至光學諧振器960中，且所產生可見光（例如，信號波）可耦合回至波導980中。惰輪波可經耦合至波導980或另一波導970中。在一些具體實例中，波長劃分解多工器可用於分離波導980中之信號波及未耦合泵浦波。在一些具體實例中，未耦合泵浦波可循環回至波導980中且耦合至光學諧振器960中。

圖 10A說明根據某些具體實例之包括在垂直腔中且由垂直腔中之紅外光VCSEL 1020直接泵浦之微諧振器1040的可見光光源1000之實例，其中將在微諧振器1040中產生的可見光垂直地耦合出垂直腔。 圖 10B說明圖10A之可見光光源1000之實例之俯視圖。可見光光源1000中之垂直腔可由第一反射器1022及第二反射器1050形成，其中第一反射器1022及第二反射器1050對於IR光可具有高反射率（例如，＞80%、＞85%、＞90%、＞95%、＞99%或更高），且第二反射器1050可具有低反射率或對於可見光可為抗反射的。

可見光光源1000可包括驅動電路1010，該驅動電路1010可藉由例如晶粒至晶圓接合或晶圓至晶圓接合直接地或間接地（例如，經由插入件或薄膜電晶體層）接合至VCSEL 1020。驅動電路1010可包括形成於矽基板上之各種電路，如上文例如關於圖6所描述。驅動電路1010可接合至VCSEL 1020之電極以驅動VCSEL 1020產生具有足夠長持續時間的連續波（CW）或脈衝式IR光。由VCSEL 1020發射之IR光的強度及因此來自可見光光源1000之可見光的強度可藉由由驅動電路1010供應至VCSEL 1020之驅動電流或電壓控制。

VCSEL 1020可包括第一電極1030（例如，陽極或陰極）、第二電極1032，及形成於第一電極1030與第二電極1032之間的半導體結構（例如，磊晶層）。半導體結構可包括例如第一反射器1022、可發射IR光之主動區1024，及其他半導體層（未標記於圖10A中），諸如包覆層或可經p摻雜或n摻雜之載子注入層，如上文關於圖7所描述。第一反射器1022可包括例如如關於圖7所描述之高對比度光柵（HCG），或由具有不同折射率及/或厚度之多對介電層、半導體層或金屬材料層（經摻雜或未摻雜）（諸如GaAs及AlAs（或AlGaAs）層、氧化物層（例如，氧化矽及另一氧化物層）或其類似者）形成的DBR反射器。主動區1024可包括例如InGaAs量子井層及GaAs障壁層、InAlGaAs量子井層及AlGaAs障壁層，或其類似者。

在一些具體實例中，VCSEL 1020可包括用於IR光之部分反射器1026，其中該部分反射器可部分反射且部分透射在主動區1024中發射之IR光以與第一反射器1022形成VCSEL 1020之諧振腔。由部分反射器1026及第一反射器1022形成之諧振腔可幫助變窄及選擇IR光之輸出波長範圍且改良所發射IR光之增益及強度。在一些具體實例中，VCSEL 1020可包括偏振器1028。偏振器1028可用以控制由VCSEL 1020發射之IR光的偏振狀態，且藉由例如光柵耦合器或奈米諧振器（例如，後設結構）改良IR光進入微諧振器1040之耦合效率，此可為偏振相依的。在一些具體實例中，可改為使用諸如波板、空間變異偏振器或空間變異波板之其他偏振組件來控制由VCSEL 1020發射之IR光的偏振狀態。

由VCSEL 1020發射之IR光可直接或經由耦合結構（諸如傾斜光柵或奈米諧振器）耦合至微諧振器1040中。如上文所描述，微諧振器1040可包括封閉循環波導，該封閉循環波導具有任何合適形狀（例如，環、卵形、螺旋形或軌道形狀）且具有低損失以使得光子可在經吸收、散射或轉換之前在封閉循環波導中傳播較長時段（例如，約一千個或更多個迴路）。波導材料可具有三階非線性，使得OPO（例如，DFWM）程序可發生於封閉循環波導中。微諧振器1040之材料及幾何結構可經選擇以使得耦合至微諧振器1040中之IR光及藉由DFWM程序產生之可見光（信號波）及惰輪波可在微諧振器1040中諧振，此可增強DFWM程序。在一些具體實例中，微諧振器1040可包括具有高折射率之材料，使得微諧振器1040之實體尺寸可減小，同時達成封閉循環波導之所要光學路徑長度。VCSEL 1020及微諧振器1040可由介電材料1060包圍，該介電材料1060可包括例如諸如二氧化矽之氧化物，或聚合物材料。在一些具體實例中，可見光光源1000可包括垂直地配置且設置以產生相同色彩之可見光的兩個或更多個微諧振器。

在微諧振器1040中藉由DFWM程序產生之可見光可藉由耦合結構1042垂直地耦合出微諧振器1040，該耦合結構1042可包括如上文例如關於圖9A及9B所描述之光柵或奈米諧振器。耦合出微諧振器1040之可見光可在極小損失或無損失之情況下由第二反射器1050透射，此係由於第二反射器1050對於可見光可為抗反射的，如上文所描述。如同第一反射器1022，第二反射器1050可包括例如HCG，或由具有交替折射率之多個介電層、半導體層或金屬材料層形成的DBR結構。DBR結構中之介電層、半導體層或金屬材料層之厚度及折射率可經選擇，使得在不同材料之間的鄰近界面處反射之IR光可建設性地干擾以增大第二反射器1050對於IR光之總反射率，同時在不同材料之間的鄰近界面處反射之可見光可破壞性地干擾以減小第二反射器1050對於可見光之總反射率。因而，由VCSEL 1020發射且未耦合至微諧振器1040中之IR光可由第二反射器1050及/或第一反射器1022反射回至微諧振器1040，且可至少部分地耦合至微諧振器1040中以改良IR光耦合至微諧振器1040中之效率且因此改良可見光光源1000之效率。微諧振器1040、耦合結構1042及第二反射器1050可在將VCSEL 1020接合至驅動電路1010之前或之後形成。

圖 11A說明根據某些具體實例之包括在垂直腔外部且由紅外光VCSEL 1120直接泵浦之微諧振器1150的可見光光源1100之實例。 圖 11B說明圖11A之可見光光源1100之實例之俯視圖。可見光光源1100可包括驅動電路1110，該驅動電路1110可藉由例如晶粒至晶圓接合或晶圓至晶圓接合直接地或間接地（例如，經由插入件或薄膜電晶體層）接合至VCSEL 1120。驅動電路1110可包括形成於矽基板上之各種電路，如上文例如關於圖6所描述。驅動電路1110可接合至VCSEL 1120之電極以驅動VCSEL 1120產生具有足夠長持續時間及所要強度的連續波（CW）或脈衝式IR光。由VCSEL 1120發射之IR光的強度及因此來自可見光光源1100之可見光的強度可藉由由驅動電路1110供應至VCSEL 1120之驅動電流或電壓控制。

VCSEL 1120可包括第一電極1140（例如，陽極或陰極）、第二電極1142，及形成於第一電極1140與第二電極1142之間的半導體結構（例如，磊晶層）。半導體結構可包括例如第一反射器1122、可發射IR光之主動區1124，及其他半導體層（未標記於圖11A中），諸如包覆層或可經p摻雜或n摻雜之載子注入層，如上文關於圖7所描述。第一反射器1122可包括例如HCG，或由具有不同折射率及厚度之多對介電層、半導體層或金屬材料層（經摻雜或未摻雜）（諸如GaAs及AlAs（或AlGaAs）層、氧化物層（例如，氧化矽及另一氧化物層）或其類似者）形成的DBR反射器。第一反射器1122對於IR光可具有高反射率（例如，＞80%、＞85%、＞90%、＞95%、＞99%或更高）。主動區1124可包括例如InGaAs量子井層及GaAs障壁層、InAlGaAs量子井層及AlGaAs障壁層，或其類似者。VCSEL 1120亦可包括第二反射器1130，該第二反射器1130可為部分反射器，該部分反射器設置以反射由主動區1124發射之IR光之一部分，同時透射由主動區1124發射之IR光之一部分。第二反射器1130可包括例如HCG，或由諸如GaAs及AlAs（或AlGaAs）之導電材料形成的DBR結構。第一反射器1122及第二反射器1130可形成可見光光源1100中之垂直腔。垂直腔可幫助變窄及選擇IR光之輸出波長範圍且改良所發射IR光之增益及強度。在一些具體實例中，VCSEL 1120可包括偏振器（圖11A中未展示），如上文關於圖10A所描述。偏振器可用以控制由VCSEL 1120發射之IR光的偏振模式，且藉由例如光柵耦合器或奈米諧振器（例如，後設結構）改良IR光進入微諧振器1150之耦合效率，此可為偏振相依的。

由VCSEL 1120發射之IR光可直接或經由耦合結構（諸如傾斜光柵或奈米諧振器）耦合至微諧振器1150中。如上文所描述，微諧振器1150可包括封閉循環波導，該封閉循環波導具有任何合適形狀（例如，環、卵形、螺旋形或軌道形狀）且具有低損失以使得光子可在經吸收、散射或轉換之前在封閉循環波導中傳播較長時段（例如，約一千個或更多個迴路）。波導材料可具有三階非線性，使得OPO（例如，DFWM）程序可發生於封閉循環波導中。微諧振器1150之大小及材料可經選擇以使得耦合至微諧振器1150中之IR光及藉由DFWM程序產生之可見光（信號波）及惰輪波可在微諧振器1150中諧振，此可增強DFWM程序。在一些具體實例中，微諧振器1150可包括具有高折射率之材料（例如，SiN、SiC等），使得微諧振器1150之實體尺寸可減小，同時達成封閉循環波導之所要光學路徑長度。VCSEL 1120及微諧振器1150可由介電材料1160包圍，該介電材料1160可包括例如諸如二氧化矽之氧化物。

在微諧振器1150中藉由DFWM程序產生之可見光可藉由耦合結構1152垂直地耦合出微諧振器1150，該耦合結構1152可包括如上文例如關於圖9A及9B所描述之光柵或奈米諧振器。耦合出微諧振器1150的可見光可垂直地耦合出可見光光源1100。微諧振器1150及耦合結構1152可在將VCSEL 1120接合至驅動電路1110之前或之後形成。在一些具體實例中，在微諧振器1150中產生之可見光可耦合至波導，如關於圖9C及9D所描述。

在一些具體實例中，回饋腔結構（DBR結構或反射IR光且透射可見光之熱鏡面）可形成於微諧振器1150及耦合結構1152之頂部上以將尚未耦合至微諧振器1150中的IR光重新引導回至微諧振器1150，以改良將IR泵浦光耦合至微諧振器1150中之效率及可見光光源1100之效率。

圖 12A說明根據某些具體實例之包括由紅外光VCSEL 1220泵浦之微諧振器1260的可見光光源1200之實例，其中紅外光經由輸入耦合結構及與微諧振器1260在相同層上之波導耦合至微諧振器中。 圖 12B說明圖12A之可見光光源1200的實例之俯視圖。可見光光源1200可包括驅動電路1210，該驅動電路1210可藉由例如晶粒至晶圓接合或晶圓至晶圓接合直接地或間接地（例如，經由插入件或薄膜電晶體層）接合至VCSEL 1220。驅動電路1210可包括形成於矽基板上之各種電路，如上文例如關於圖6所描述。驅動電路1210可接合至VCSEL 1220之電極以驅動VCSEL 1220產生具有足夠長持續時間及所要強度的連續波（CW）或脈衝式IR光。由VCSEL 1220發射之IR光的強度及因此來自可見光光源1200之可見光的強度可藉由由驅動電路1210供應至VCSEL 1220之驅動電流或電壓控制。

VCSEL 1220可類似於VCSEL 1120且可包括第一電極1240（例如，陽極或陰極）、第二電極1242，及形成於第一電極1240與第二電極1242之間的半導體結構（例如，磊晶層）。半導體結構可包括例如第一反射器1222、可發射IR光之主動區1224，及其他半導體層（未標記於圖12A中），諸如包覆層或可經p摻雜或n摻雜之載子注入層，如上文關於圖7所描述。第一反射器1222可包括例如HCG，或由具有不同折射率及厚度之多對介電質或經摻雜或未摻雜半導體材料（諸如GaAs及AlAs（或AlGaAs）層、氧化物層（例如，氧化矽及另一氧化物層）或其類似者）形成的DBR反射器。第一反射器1222對於IR光可具有高反射率（例如，＞80%、＞85%、＞90%、＞95%、＞99%或更高）。主動區1224可包括例如InGaAs量子井層及GaAs障壁層、InAlGaAs量子井層及AlGaAs障壁層，或其類似者。VCSEL 1220亦可包括第二反射器1230，該第二反射器1230可為部分反射器，該部分反射器設置以反射由主動區1224發射之IR光之一部分，同時透射由主動區1224發射之IR光之一部分。第二反射器1230可包括例如HCG，或由諸如經摻雜或未摻雜GaAs及AlAs（或AlGaAs）之導電材料形成的DBR結構。第一反射器1222及第二反射器1230可形成可見光光源1200中之垂直腔。垂直腔可幫助選擇IR光之輸出波長範圍且改良所發射IR光之增益及強度。在一些具體實例中，VCSEL 1220可包括偏振元件（例如，偏振器、波板、空間變異偏振器或空間變異波板，圖12A中未展示），如上文關於圖10A所描述。偏振器可用以控制由VCSEL 1220發射之IR光的偏振模式，且藉由例如光柵耦合器或奈米諧振器（例如，後設結構）改良IR光進入微諧振器1260之耦合效率，此可為偏振相依的。

由VCSEL 1220發射之IR光可直接或經由耦合結構1252（其可在波導1250上方或下方）耦合至波導1250中，該耦合結構1252諸如傾斜光柵或奈米諧振器。在波導1250中傳播之IR光可耦合至微諧振器1260中。在所說明實例中，波導1250及微諧振器1260可在同一波導材料層（例如，SiN或SiC層）上。如上文所描述，微諧振器1260可包括封閉循環波導，該封閉循環波導具有任何合適形狀（例如，環、卵形、螺旋形或軌道形狀）且具有低損失以使得光子可在經吸收、散射或轉換之前在封閉循環波導中傳播較長時段（例如，約一千個或更多個迴路）。波導材料可具有三階非線性，使得OPO（例如，DFWM）程序可發生於封閉循環波導中。微諧振器1260之幾何形狀及材料可經選擇以使得耦合至微諧振器1260中之IR光及藉由DFWM程序產生之可見光（信號波）及惰輪波可在微諧振器1260中諧振，此可增強DFWM程序。在一些具體實例中，微諧振器1260可包括具有高折射率之材料（例如，SiN、SiC等），使得微諧振器1260之實體尺寸可減小，同時達成封閉循環波導之所要光學路徑長度。VCSEL 1220、波導1250及微諧振器1260可由介電材料1270包圍，該介電材料1270可包括例如諸如二氧化矽之氧化物。

在一些具體實例中，在微諧振器1260中藉由DFWM程序產生之可見光可藉由耦合結構垂直地耦合出微諧振器1260，該耦合結構諸如上文所描述之光柵或奈米諧振器。耦合出微諧振器1260的可見光可垂直地耦合出可見光光源1200進入自由空間。在一些具體實例中，在微諧振器1260中產生的可見光可耦合至波導（例如，波導1250或緊密地耦接至微諧振器1260之另一波導）及光子積體電路，如關於圖9C及9D所描述。

在一些具體實例中，回饋腔結構（DBR結構或反射IR光且透射可見光之熱鏡面）可形成於波導1250及耦合結構1252之頂部上以將尚未耦合至波導1250中的IR光重新引導回至波導1250，以改良將IR泵浦光耦合至波導1250中之效率及可見光光源1200之效率。

圖 12C說明根據某些具體實例之包括由紅外光VCSEL 1220泵浦之微諧振器1262的可見光光源1202之實例，其中紅外光經由耦合結構1252及與微諧振器1262在不同垂直層上之波導1250耦合至微諧振器1262中。 圖 12D說明圖12C之可見光光源1202之實例之俯視圖。可見光光源1202可類似於可見光光源1200，但不同之處可在於例如在可見光光源1202中，微諧振器1262及波導1250在不同波導層上。在所說明實例中，微諧振器1262可在波導1250上方。在一些具體實例中，微諧振器1262可在波導1250下方。儘管圖12C及12D中未展示，但可見光光源1202可包括設置以將在微諧振器1262中產生之可見光垂直地耦合出微諧振器1262的耦合結構（例如，光柵或奈米諧振器），或可包括緊密地耦接至微諧振器1262且設置以將在微諧振器1262中產生之可見光耦合至光子積體電路中的波導。

圖 13A說明根據某些具體實例之包括由垂直腔中之紅外光VCSEL 1320泵浦之微諧振器1370的可見光光源1300之又一實例，其中紅外光經由垂直腔中之輸入耦合結構1352及與微諧振器1370在相同垂直層上之波導1350耦合至微諧振器1370中。 圖 13B說明圖13A之可見光光源1300之實例之俯視圖。可見光光源1300中之垂直腔可由第一反射器1322及第二反射器1330形成，其中第一反射器1322及第二反射器1330對於IR光可具有高反射率（例如，＞80%、＞85%、＞90%、＞95%、＞99%或更高）。

可見光光源1300可包括驅動電路1310，該驅動電路1310可藉由例如晶粒至晶圓接合或晶圓至晶圓接合直接地或間接地（例如，經由插入件或薄膜電晶體層）接合至VCSEL 1320。驅動電路1310可包括形成於矽基板上之各種電路，如上文例如關於圖6所描述。驅動電路1310可接合至VCSEL 1320之電極以驅動VCSEL 1320產生具有足夠長持續時間及所要強度的連續波（CW）或脈衝式IR光。由VCSEL 1320發射之IR光的強度及因此來自可見光光源1300之可見光的強度可藉由由驅動電路1310供應至VCSEL 1320之驅動電流或電壓控制。

VCSEL 1320可包括第一電極1340（例如，陽極或陰極）、第二電極1342，及形成於第一電極1340與第二電極1342之間的半導體結構（例如，磊晶層）。半導體結構可包括例如第一反射器1322、可發射IR光之主動區1324，及其他半導體層（未標記於圖13A中），諸如包覆層或可經p摻雜或n摻雜之載子注入層，如上文關於圖7所描述。第一反射器1322可包括例如HCG，或由具有不同折射率及厚度之多對介電層、半導體層或金屬材料層（經摻雜或未摻雜）（諸如GaAs及AlAs（或AlGaAs）層、氧化物層（例如，氧化矽及另一氧化物層）或其類似者）形成的DBR反射器。主動區1324可包括例如InGaAs量子井層及GaAs障壁層、InAlGaAs量子井層及AlGaAs障壁層，或其類似者。

在一些具體實例中，VCSEL 1320可包括用於IR光之部分反射器1326，其中該部分反射器可部分反射且部分透射在主動區1324中發射之IR光以與第一反射器1322形成VCSEL 1320之諧振腔。由部分反射器1326及第一反射器1322形成之諧振腔可幫助變窄及選擇IR光之輸出波長範圍且改良所發射IR光之增益及強度。在一些具體實例中，VCSEL 1320可包括偏振器1328。偏振器1328可用以控制由VCSEL 1320發射之IR光的偏振模式，且藉由輸入耦合結構1352（例如，光柵耦合器或奈米諧振器）改良IR光進入波導1350之耦合效率，此可為偏振相依的。在一些具體實例中，可改為使用諸如波板、空間變異偏振器或空間變異波板之其他偏振組件來控制由VCSEL 1320發射之IR光的偏振狀態。

由VCSEL 1320發射之IR光可藉由輸入耦合結構1352（諸如傾斜光柵或奈米諧振器（例如，後設結構））耦合至波導1350中。在波導1350中傳播之IR光可耦合至微諧振器1370中。在所說明實例中，波導1350及微諧振器1370可在同一波導材料層（例如，SiN或SiC層）上。如上文所描述，微諧振器1370可包括封閉循環波導，該封閉循環波導具有任何合適形狀（例如，環、卵形、螺旋形或軌道形狀）且具有低損失以使得光子可在經吸收、散射或轉換之前在封閉循環波導中傳播較長時段（例如，約一百萬個或更多個迴路）。波導材料可具有三階非線性，使得OPO（例如，DFWM）程序可發生於封閉循環波導中。微諧振器1370之大小及材料可經選擇以使得耦合至微諧振器1370中之IR光及藉由DFWM程序產生之可見光（信號波）及惰輪波可在微諧振器1370中諧振，此可增強DFWM程序。在一些具體實例中，微諧振器1370可包括具有高折射率之材料（例如，SiN、SiC或其類似者），使得微諧振器1370之實體尺寸可減小，同時仍達成封閉循環波導之所要光學路徑長度。VCSEL 1320、波導1350及微諧振器1370可由介電材料1360包圍，該介電材料1360可包括例如諸如二氧化矽之氧化物。

在一些具體實例中，在微諧振器1370中藉由DFWM程序產生之可見光可藉由耦合結構垂直地耦合出微諧振器1370，該耦合結構諸如上文所描述之光柵或奈米諧振器。耦合出微諧振器1370的可見光可垂直地耦合出可見光光源1300。在一些具體實例中，在微諧振器1370中產生的可見光可耦合至波導（例如，波導1350或緊密地耦接至微諧振器1370之另一波導）及光子積體電路，如關於圖9C及9D所描述。

如同第一反射器1322，第二反射器1330可包括例如HCG，或由具有交替折射率之多個介電層、半導體層或金屬材料層形成的DBR結構。DBR結構中之介電層、半導體層或金屬材料層之厚度及折射率可經選擇，使得在不同材料之間的鄰近界面處反射之IR光可建設性地干擾以增大第二反射器1330對於IR光之總反射率。因此，可藉由第二反射器1330及/或第一反射器1322將由VCSEL 1320發射且尚未耦合至波導1350中的IR光反射回至波導1350，且可至少部分地耦合至波導1350中以改良將IR泵浦光耦合至微諧振器1370中之效率及可見光光源1300之效率。

圖13C說明根據某些具體實例之包括由紅外光VCSEL 1320泵浦之微諧振器1372的可見光光源1302之實例，其中由紅外光VCSEL 1320發射之紅外光經由垂直腔中之輸入耦合結構1352及與微諧振器1372在不同垂直層上之波導1350耦合至微諧振器1372中。圖13D說明圖13C之可見光光源1302之實例之俯視圖。可見光光源1302可類似於可見光光源1300，但不同之處可在於例如在可見光光源1302中，微諧振器1372及波導1350位於不同波導層上。在所說明實例中，微諧振器1372可在波導1350上方。在一些具體實例中，微諧振器1372可在波導1350下方。儘管圖13C及13D中未展示，但可見光光源1302可包括設置以將在微諧振器1372中產生之可見光垂直地耦合出微諧振器1372的耦合結構（例如，光柵或奈米諧振器），或可包括緊密地耦接至微諧振器1372且設置以將在微諧振器1372中產生之可見光耦合至光子積體電路中的波導。

在色彩影像顯示系統中，可能需要在同一晶片上整合用於多個色彩之可見光光源。為改良所顯示影像之解析度，亦可需要使用具有大量可個別定址光源之高密度光源陣列。當前可見光光源通常可具有較大佔據面積，且可能不適合於具有個別可定址光源之高密度光源陣列。上文所描述之VCSEL泵浦之可見光光源可用以製造高密度光源陣列，其包括用於不同色彩之可見光的個別可定址光源。

根據某些具體實例，裝置可包括可見光光源陣列，其中可見光光源可發射不同色彩（諸如紅色、藍色或綠色）之可見光。在一個實例中，每一可見光光源可包括一個微諧振器，且一些可見光光源中之微諧振器（及/或VCSEL）可不同於一些其他可見光光源中之微諧振器（及/或VCSEL），使得可見光光源可發射不同色彩之光。在一些具體實例中，可見光光源陣列中之每一可見光光源可設置或可調諧以發射不同色彩之光。舉例而言，每一可見光光源可包括泵浦VCSEL及具有不同參數之多個微諧振器，其中多個微諧振器中之每一者可設置以產生不同各別色彩之可見光，且在一些具體實例中，多個微諧振器中之每一者可經調諧以調整由微諧振器產生之可見光的強度。在一些具體實例中，可見光光源可包括：可調諧泵浦VCSEL（具有可調諧腔），其可經調諧以發射具有不同波長之泵浦光；及微諧振器，其可具有多個諧振模式且可使用具有不同波長之泵浦光產生不同色彩之可見光。

圖 14A說明根據某些具體實例之設置以發射不同色彩之可見光的可見光光源陣列1400之實例，其中陣列中之每一可見光光源包括在垂直腔中且由垂直腔中之紅外光VCSEL直接泵浦的微諧振器，且將在微諧振器中產生的可見光垂直地耦合出垂直腔。圖14A展示可見光光源陣列1400中之紅光光源1406、綠光光源1404及藍光光源1402。展示於圖14A中之每一光源可為可見光光源1000或1100之實例，且可見光光源陣列中之可見光光源可製造於同一晶圓或同一晶粒上。晶圓或晶粒可使用各種晶圓至晶圓接合技術或晶粒至晶圓接合技術直接地或間接地（例如，經由插入件或薄膜電晶體層）接合至驅動電路1410，諸如CMOS底板。

每一光源1402、1404或1406可包括發射IR光之VCSEL 1420。如上文關於例如圖10及11所描述，VCSEL 1420可包括第一電極1430（例如，陽極或陰極）、第二電極1432，及形成於第一電極1430與第二電極1432之間的半導體結構（例如，磊晶層）。半導體結構可包括例如第一反射器1422、可發射IR光之主動區1424，及其他半導體層（未標記於圖14A中），諸如包覆層或可經p摻雜或n摻雜之載子注入層，如上文關於圖7所描述。第一反射器1422可包括例如HCG，或由具有不同折射率及厚度之多對介電層、半導體層或金屬材料層（經摻雜或未摻雜）（諸如GaAs及AlAs（或AlGaAs）層、氧化物層（例如，氧化矽及另一氧化物層）或其類似者）形成的DBR反射器。主動區1424可包括例如InGaAs量子井層及GaAs障壁層、InAlGaAs量子井層及AlGaAs障壁層，或其類似者。光源1402、1404及1406中之VCSEL 1420可具有相同結構且可以約相同波長發射IR光。在一些具體實例中，VCSEL 1420可包括用於IR光之部分反射器（諸如部分反射器1026，圖14A中未展示），其中該部分反射器可部分反射且部分透射在主動區1424中發射之IR光以與第一反射器1422形成VCSEL 1420之諧振腔。由部分反射器及第一反射器1422形成之諧振腔可幫助變窄及選擇由VCSEL 1420發射之IR光之輸出波長範圍且改良所發射IR光之增益及強度。在一些具體實例中，VCSEL 1420可包括偏振器（圖14A中未展示），諸如偏振器1028。偏振器可用以控制由VCSEL 1420發射之IR光的偏振模式，且藉由例如光柵耦合器或奈米諧振器（例如，後設結構）改良IR光進入微諧振器之耦合效率，此可為偏振相依的。

在所說明實例中，每一光源1402、1404或1406可包括微諧振器，其中每一光源1402、1404或1406之微諧振器可具有不同各別設計且因此可產生不同波長之可見光。不同各別設計可包括例如迴路形狀（例如，環、卵形、螺旋形、軌道等）、尺寸、材料（且因此折射率）及其類似者之不同組合。舉例而言，紅光光源1406可包括微諧振器1444，該微諧振器1444之形狀、尺寸及材料可經選擇以使得紅光可藉由DFWM使用由VCSEL 1420發射之IR光作為泵浦光在微諧振器1444中產生。紅光光源1406亦可包括設置以將在微諧振器1444中產生之紅光垂直地耦合出微諧振器1444的耦合結構1454。類似地，綠光光源1404可包括微諧振器1442，該微諧振器1442設置以使得可藉由DFWM使用由VCSEL 1420發射之IR光作為泵浦光在微諧振器1442中產生綠光，且可包括耦合結構1452，該耦合結構1452設置以將在微諧振器1442中產生之綠光垂直地耦合出微諧振器1442。藍光光源1402可包括微諧振器1440，該微諧振器1440設置以使得可藉由DFWM使用由VCSEL 1420發射之IR光作為泵浦光在微諧振器1440中產生藍光，且可包括耦合結構1450，該耦合結構1450設置以將在微諧振器1440中產生之藍光垂直地耦合出微諧振器1440。

如所說明，每一光源1402、1404或1406亦可包括第二反射器1460、1462或1464，該第二反射器1460、1462或1464設置以將由VCSEL 1420發射但尚未耦合至微諧振器中之IR光反射回至微諧振器或用於將IR光耦合至微諧振器中的耦合結構。第二反射器1460、1462或1464對於由VCSEL 1420發射之IR光可具有接近100%反射率，且對於在對應微諧振器中產生且藉由對應耦合結構耦合出對應微諧振器之可見光可具有接近0%反射率。舉例而言，第二反射器1460對於藍光可為抗反射的，第二反射器1462對於綠光可為抗反射的，且第二反射器1464對於紅光可為抗反射的。

圖 14B及 14C說明可見光光源陣列1400之實例之俯視圖。展示於圖14B及14C中之可見光光源陣列1400之實例可用作主動顯示面板或可用作液晶顯示器（諸如矽上液晶（liquid crystal on silicon；LCOS）顯示器）之背光單元的光源。在所說明實例中，可將紅光光源1406分組於一些行中，可將綠光光源1404分組於一些其他行中，且可將藍光光源1402分組於一些其他行中，其中不同色彩之光源之行可為交錯的。在一些具體實例中，光源1402、1404及1406可以其他方式配置。舉例而言，可見光光源陣列可包括以二維陣列配置之像素單元，其中每一像素單元可包括配置於三角形之頂點上的紅光光源1406、綠光光源1404及藍光光源1402。光源陣列中之不同色彩的光源可使用相同程序製造於同一晶圓或同一晶粒上，而非分別製造且接著拾取及置放於CMOS底板上。可見光光源陣列1400之間距及每一光源之大小可基於應用而選擇。在一些具體實例中，每一光源之直徑可小於約50 μm、小於約30 μm、小於約20 μm或小於約10 μm。可見光光源陣列1400之間距亦可小於約50 μm、小於約30 μm、小於約20 μm或小於約10 μm。

圖 15A及 15B說明根據某些具體實例之可見光光源陣列1500之實例，其中每一可見光光源1502可發射呈多個色彩之可見光。可見光光源陣列1500中之每一可見光光源1502包括定位於由第一反射器1522及第二反射器1530形成之垂直腔中之多個微諧振器，其中多個微諧振器由垂直腔中之同一IR發光VCSEL 1520泵浦以產生不同色彩之可見光。第一反射器1522及第二反射器1530對於IR光可具有高反射率（例如，＞80%、＞85%、＞90%、＞95%、＞99%或更高）。在一些具體實例中，第一反射器1522對於可見光可具有高反射率（例如，＞80%、＞85%、＞90%、＞95%、＞99%或更高）。第二反射器1530對於可見光可為抗反射的。在微諧振器中產生之不同色彩之可見光藉由各別耦合結構垂直地耦合出微諧振器，且可經由第二反射器1530透射出垂直腔。

如所說明，可見光光源1502可包括形成於CMOS底板上之驅動電路1510，其中CMOS底板可直接地或間接地(例如，經由插入件或薄膜電晶體層)接合至包括製造於其上之VCSEL 1520的晶圓。多個微諧振器及第二反射器1530可在將包括VCSEL 1520之晶圓接合至CMOS底板之前或之後形成。VCSEL 1520可包括第一電極1540（例如，陽極或陰極）、第二電極1542，及形成於第一電極1540與第二電極1542之間的半導體結構（例如，磊晶層）。半導體結構可包括例如第一反射器1522、可發射IR光之主動區1524，及其他半導體層（未標記於圖15A中），諸如包覆層或可經p摻雜或n摻雜之載子注入層。第一反射器1522可包括例如HCG，或由具有不同折射率及厚度之多對介電層、半導體層或金屬材料層（經摻雜或未摻雜）（諸如GaAs及AlAs（或AlGaAs）層、氧化物層（例如，氧化矽及另一氧化物層）或其類似者）形成的DBR反射器。主動區1524可包括例如InGaAs量子井層及GaAs障壁層、InAlGaAs量子井層及AlGaAs障壁層，或其類似者。在一些具體實例中，VCSEL 1520可包括用於IR光之部分反射器1526，其中部分反射器1526可部分反射且部分透射在主動區1524中發射之IR光以與第一反射器1522形成VCSEL 1520之諧振腔。由部分反射器1526及第一反射器1522形成之諧振腔可幫助變窄及選擇由VCSEL 1520發射之IR光之輸出波長範圍且改良所發射IR光之增益及強度。在一些具體實例中，VCSEL 1520可包括偏振器1528。偏振器1528可用以控制由VCSEL 1520發射之IR光的偏振模式，且藉由例如光柵耦合器或奈米諧振器（例如，後設結構）改良IR光進入微諧振器之耦合效率，此可為偏振相依的。在一些具體實例中，可改為使用諸如波板、空間變異偏振器或空間變異波板之其他偏振組件來控制由VCSEL 1520發射之IR光的偏振狀態。

在所說明實例中，每一可見光光源1502可包括第一微諧振器1550、第二微諧振器1560及第三微諧振器1570，以用於在DFWM程序中使用由VCSEL 1520發射之IR光作為泵浦光產生不同色彩之可見光。第一微諧振器1550、第二微諧振器1560及第三微諧振器1570可具有不同各別設計，且因此可使用相同泵浦光產生不同色彩之可見光。不同各別設計可包括例如迴路形狀（例如，環、卵形、螺旋形、軌道等）、尺寸、材料（且因此折射率）及其類似者之不同組合。舉例而言，第三微諧振器1570之形狀、尺寸及材料可經選擇，使得可藉由DFWM使用由VCSEL 1520發射之IR光作為泵浦光在第三微諧振器1570中產生紅光。耦合結構1572（例如，光柵或奈米諧振器）可設置以將在第三微諧振器1570中產生之紅光垂直地耦合出第三微諧振器1570。類似地，第二微諧振器1560之形狀、尺寸及材料可經選擇，使得可藉由DFWM使用由VCSEL 1520發射之IR光作為泵浦光在第二微諧振器1560中產生綠光。耦合結構1562（例如，光柵或奈米諧振器）可設置以將在第二微諧振器1560中產生之綠光垂直地耦合出第二微諧振器1560。第一微諧振器1550之形狀、尺寸及材料可經選擇，使得可藉由DFWM使用由VCSEL 1520發射之IR光作為泵浦光在第一微諧振器1550中產生藍光。耦合結構1552（例如，光柵或奈米諧振器）可設置以將在第一微諧振器1550中產生之藍光垂直地耦合出第一微諧振器1550。第一微諧振器1550、第二微諧振器1560及第三微諧振器1570可以任何合適的次序垂直地配置。在一些具體實例中，每一可見光光源1502可包括設置以產生呈兩種或更多種色彩之可見光的兩個或更多個不同微諧振器。在一些具體實例中，每一可見光光源1502可包括多個微諧振器，其中微諧振器中之至少兩者可設置以產生相同色彩之可見光。

耦合出第一微諧振器1550、第二微諧振器1560及第三微諧振器1570之可見光可在極小損失或無損失之情況下經由第二反射器1530耦合出可見光光源1502，此係由於第二反射器1530對於可見光可為抗反射的，如上文所描述。如同第一反射器1522，第二反射器1530可包括例如HCG，或由具有交替折射率之多個介電層、半導體層或金屬材料層形成的DBR結構。DBR結構中之介電層、半導體層或金屬材料層之厚度及折射率可經選擇，使得在不同材料之間的鄰近界面處反射之IR光可建設性地干擾以增大第二反射器1530對於IR光之總反射率，同時在不同材料之間的鄰近界面處反射之可見光可破壞性地干擾以減小第二反射器1530對於可見光之總反射率。因而，由VCSEL 1520發射且尚未耦合至微諧振器中之IR光可由第二反射器1530及/或第一反射器1522反射回至微諧振器，且可至少部分地耦合至微諧振器中以改良將IR泵浦光耦合至微諧振器中之效率及可見光光源1502之效率。因此，每一可見光光源1502可同時發射呈不同色彩之可見光，其中呈不同色彩的所發射可見光之強度可藉由來自驅動電路1510之驅動電壓或電流控制。在圖15A及15B中所展示之實例中，由同一可見光光源發射之呈每一色彩的可見光之各別強度可能並非為可個別控制的。因此，可見光光源陣列1500可用作BLU顯示器中之光源，但不可用作主動顯示面板之顯示像素。可見光光源1502中之微諧振器、耦合結構及第二反射器1530可在將VCSEL 1520接合至驅動電路1510之前或之後形成。

圖 16A及 16B說明根據某些具體實例之可見光光源陣列1600之實例，其中每一可見光光源1602設置以發射呈多個色彩之可見光且呈每一色彩之可見光之各別強度可個別地控制。相較於可見光光源陣列1500，可見光光源陣列1600可不僅具有對每一可見光光源1602之個別控制，且亦具有對同一可見光光源1602中之微諧振器的個別控制，使得所發射之呈每一色彩之可見光的各別強度可為可個別調諧的。

如圖16A中所說明，可見光光源陣列1600中之每一可見光光源1602包括由第一反射器1622及第二反射器1630形成之垂直腔中之多個微諧振器，其中多個微諧振器由垂直腔中之同一IR VCSEL 1620泵浦以產生不同色彩之可見光。第一反射器1622及第二反射器1630對於IR光可具有高反射率（例如，＞80%、＞85%、＞90%、＞95%、＞99%或更高）。在一些具體實例中，第一反射器1622對於可見光可具有高反射率（例如，＞80%、＞85%、＞90%、＞95%、＞99%或更高）。第二反射器1630對於可見光可為抗反射的。在微諧振器中產生之不同色彩之可見光藉由各別耦合結構垂直地耦合出微諧振器，且可經由第二反射器1630透射出垂直腔。

可見光光源1602可包括形成於CMOS底板上之驅動電路1610，其中CMOS底板可直接地或間接地（例如，經由插入件或薄膜電晶體層）接合至包括製造於其上之VCSEL 1620的晶圓。多個微諧振器及第二反射器1630可在將包括VCSEL 1620之晶圓接合至CMOS底板之前或之後形成。VCSEL 1620可包括第一電極1640（例如，陽極或陰極）、第二電極1642，及形成於第一電極1640與第二電極1642之間的半導體結構（例如，磊晶層）。半導體結構可包括例如第一反射器1622、可發射IR光之主動區1624，及其他半導體層（未標記於圖16A中），諸如包覆層或可經p摻雜或n摻雜之載子注入層。第一反射器1622可包括例如HCG，或由具有不同折射率及厚度之多對介電層、半導體層或金屬材料層（經摻雜或未摻雜）（諸如GaAs及AlAs（或AlGaAs）層、氧化物層（例如，氧化矽及另一氧化物層）或其類似者）形成的DBR反射器。主動區1624可包括例如InGaAs量子井層及GaAs障壁層、InAlGaAs量子井層及AlGaAs障壁層，或其類似者。在一些具體實例中，VCSEL 1620可包括用於IR光之部分反射器1626，其中部分反射器1626可部分反射且部分透射在主動區1624中發射之IR光以與第一反射器1622形成VCSEL 1620之諧振腔。由部分反射器1626及第一反射器1622形成之諧振腔可幫助變窄及選擇由IR VCSEL 1620發射之IR光之輸出波長範圍且改良所發射IR光之增益及強度。在一些具體實例中，VCSEL 1620可包括偏振器1628。偏振器1628可用以控制由VCSEL 1620發射之IR光的偏振模式，且藉由例如光柵耦合器或奈米諧振器（例如，後設結構）改良IR光進入微諧振器之耦合效率，此可為偏振相依的。在一些具體實例中，可改為使用諸如波板、空間變異偏振器或空間變異波板之其他偏振組件來控制由VCSEL 1620發射之IR光的偏振狀態。

在所說明實例中，每一可見光光源1602可包括第一微諧振器1650、第二微諧振器1660及第三微諧振器1670，以用於在DFWM程序中使用由VCSEL 1620發射之IR光作為泵浦光產生不同色彩之可見光。第一微諧振器1650、第二微諧振器1660及第三微諧振器1670可具有不同各別設計，且因此可使用相同泵浦光產生不同色彩之可見光。不同各別設計可包括例如迴路形狀（例如，環、卵形、螺旋形、軌道等）、尺寸、材料（且因此折射率）及其類似者之不同組合。舉例而言，第三微諧振器1670之形狀、尺寸及材料可經選擇，使得可藉由DFWM使用由VCSEL 1620發射之IR光作為泵浦光在第三微諧振器1670中產生紅光。耦合結構1672（例如，光柵或奈米諧振器）可設置以將在第三微諧振器1670中產生之紅光垂直地耦合出第三微諧振器1670。類似地，第二微諧振器1660之形狀、尺寸及材料可經選擇，使得可藉由DFWM使用由VCSEL 1620發射之IR光作為泵浦光在第二微諧振器1660中產生綠光。耦合結構1662（例如，光柵或奈米諧振器）可設置以將在第二微諧振器1660中產生之綠光垂直地耦合出第二微諧振器1660。第一微諧振器1650之形狀、尺寸及材料可經選擇，使得可藉由DFWM使用由VCSEL 1620發射之IR光作為泵浦光在第一微諧振器1650中產生藍光。耦合結構1652（例如，光柵或奈米諧振器）可設置以將在第一微諧振器1650中產生之藍光垂直地耦合出第一微諧振器1650。第一微諧振器1650、第二微諧振器1660及第三微諧振器1670可以任何合適的次序垂直地配置。在一些具體實例中，每一可見光光源1602可包括設置以產生呈兩種或更多種色彩之可見光的兩個或更多個不同微諧振器。在一些具體實例中，每一可見光光源1602可包括多個微諧振器，其中微諧振器中之至少兩者可設置以產生相同色彩之可見光。

耦合出第一微諧振器1650、第二微諧振器1660及第三微諧振器1670之可見光可在極小損失或無損失之情況下經由第二反射器1630耦合出可見光光源1602，此係由於第二反射器1630對於可見光可為抗反射的，如上文所描述。如同第一反射器1622，第二反射器1630可包括例如HCG，或由具有交替折射率之多個介電層、半導體層或金屬材料層形成的DBR結構。DBR結構中之介電層、半導體層或金屬材料層之厚度及折射率可經選擇，使得在不同材料之間的鄰近界面處反射之IR光可建設性地干擾以增大第二反射器1630對於IR光之總反射率，同時在不同材料之間的鄰近界面處反射之可見光可破壞性地干擾以減小第二反射器1630對於可見光之總反射率。因而，由VCSEL 1620發射且尚未耦合至微諧振器中之IR光可由第二反射器1630及/或第一反射器1622反射回至微諧振器，且可至少部分地耦合至微諧振器中以改良將IR泵浦光耦合至微諧振器中之效率及可見光光源1602之效率。可見光光源1602中之微諧振器、耦合結構及第二反射器1630可在將VCSEL 1620接合至驅動電路1610之前或之後形成。

可見光光源1602可包括用於調諧由對應微諧振器產生且耦合出該對應微諧振器的每一色彩之可見光之各別強度的額外電極。舉例而言，電極1690可用於調變耦合出第一微諧振器1650之藍光之強度，電極1692可用於調變耦合出第二微諧振器1660之綠光之強度，且電極1694可用於調變耦合出第三微諧振器1670之紅光之強度。電極1690可用於調諧以下中之至少一者以調變自可見光光源1602發射之藍光之強度：第一微諧振器1650、用於將由VCSEL 1620發射之IR光耦合至第一微諧振器1650中的耦合結構，或用於耦合在第一微諧振器1650中產生之藍光的耦合結構1652。舉例而言，電極1690可用於在電光材料上施加電壓或向熱光裝置供應電流信號以改變第一微諧振器1650或耦合結構之折射率，藉此改變第一微諧振器1650之諧振條件或第一微諧振器1650之耦合結構的耦合效率，且因此改變所發射藍光之強度。類似地，電極1692可用於改變第二微諧振器1660之諧振條件或第二微諧振器1660之耦合結構的耦合效率，且因此改變所發射綠光之強度。電極1694可用於改變第三微諧振器1670之諧振條件或第三微諧振器1670之耦合結構的耦合效率，且因此改變所發射紅光之強度。以此方式，由可見光光源1602發射之紅光、綠光及藍光之強度可獨立地調諧至所需值以表示如圖16B中所展示之主動顯示面板之色彩像素單元，其中可見光光源1602之間距可小於約50 μm、小於約30 μm、小於約20 μm或小於約10 μm。

圖 17A及 17B說明根據某些具體實例之可調諧以發射不同色彩之可見光的可見光光源1700之實例。可見光光源1700可為可見光光源陣列中之可見光光源的實例。圖17A展示可見光光源1700之橫截面視圖且圖17B說明可見光光源1700之俯視圖。可見光光源1700包括在可調諧垂直腔中且由可調諧垂直腔中之可調諧紅外光VCSEL直接泵浦以產生不同色彩之可見光的微諧振器。將在微諧振器中產生之可見光垂直地耦合出垂直腔。相較於可見光光源1502或1602，可見光光源1700可包括可在不同時間產生不同色彩之光的單一微諧振器。

在所說明實例中，可見光光源1700包括由第一反射器1722及第二反射器1750形成之可調諧垂直腔中之微諧振器1740，其中第二反射器1750可形成於微機電系統（MEMS）裝置1770上且因此可由MEMS裝置1770移動。在一些具體實例中，其他微致動器或奈米致動器（諸如微馬達、壓電致動器、鐵電致動器、磁性致動器、超音波致動器或其類似者）可用於移動第二反射器1750。第一反射器1722及第二反射器1750對於IR光可具有高反射率（例如，＞80%、＞85%、＞90%、＞95%、＞99%或更高）。在一些具體實例中，第一反射器1722對於可見光可具有高反射率（例如，＞80%、＞85%、＞90%、＞95%、＞99%或更高）。第二反射器1750對於可見光可為抗反射的。微諧振器1740可由垂直腔中之IR發光VCSEL 1720泵浦以產生可見光。在微諧振器1740中產生之可見光可藉由耦合結構1742垂直地耦合出微諧振器1740，且可經由第二反射器1750透射出垂直腔。

可見光光源1700可包括形成於CMOS底板上之驅動電路1710，其中CMOS底板可直接地或間接地（例如，經由插入件或薄膜電晶體層）接合至包括製造於其上之VCSEL 1720的晶圓。微諧振器1740及第二反射器1750可在將包括VCSEL 1720之晶圓接合至CMOS底板之前或之後形成。VCSEL 1720可包括第一電極1730（例如，陽極或陰極）、第二電極1732，及形成於第一電極1730與第二電極1732之間的半導體結構（例如，磊晶層）。半導體結構可包括例如第一反射器1722、可發射IR光之主動區1724，及其他半導體層（未標記於圖17A中），諸如包覆層或可經p摻雜或n摻雜之載子注入層。第一反射器1722可包括例如HCG，或由具有不同折射率及厚度之多對介電層、半導體層或金屬材料層（經摻雜或未摻雜）（諸如GaAs及AlAs（或AlGaAs）層、氧化物層（例如，氧化矽及另一氧化物層）或其類似者）形成的DBR反射器。主動區1724可包括例如InGaAs量子井層及GaAs障壁層、InAlGaAs量子井層及AlGaAs障壁層，或其類似者。VCSEL 1720可視情況包括用於IR光之部分反射器1726，其中部分反射器1726可部分反射且部分透射在主動區1724中發射之IR光以與第一反射器1722形成VCSEL 1720之諧振腔。由部分反射器1726及第一反射器1722形成之諧振腔可幫助選擇由VCSEL 1720發射之IR光之輸出波長範圍且改良所發射IR光之增益及強度。在一些具體實例中，VCSEL 1720可包括偏振器1728。偏振器1728可用以控制由VCSEL 1720發射之IR光的偏振狀態，且藉由例如光柵耦合器或奈米諧振器（例如，後設結構）改良IR光進入微諧振器之耦合效率，此可為偏振相依的。在一些具體實例中，可改為使用諸如波板、空間變異偏振器或空間變異波板之其他偏振組件來控制由VCSEL 1720發射之IR光的偏振狀態。

如同第一反射器1722，第二反射器1750可包括例如HCG，或由具有交替折射率之多個介電層、半導體層或金屬材料層形成的DBR結構。DBR結構中之介電層、半導體層或金屬材料層之厚度及折射率可經選擇，使得在不同材料之間的鄰近界面處反射之IR光可建設性地干擾以增大第二反射器1750對於IR光之總反射率，同時在不同材料之間的鄰近界面處反射之可見光可破壞性地干擾以減小第二反射器1750對於可見光之總反射率。因而，由VCSEL 1720發射且尚未耦合至微諧振器1740中之IR光可由第二反射器1750及/或第一反射器1722反射回至微諧振器1740，使得由VCSEL 1720發射之IR光可在由第一反射器1722及第二反射器1750形成之垂直腔內振盪，且可以較高耦合效率耦合至微諧振器1740中以改良可見光光源1700之效率。

IR光在垂直腔中諧振之波長可由垂直腔之光學路徑長度判定。因此，當第二反射器1750由MEMS裝置1770移動且因此垂直腔之光學路徑長度改變時，可改變在垂直腔中諧振之IR光的波長。IR光可直接或經由耦合結構（例如，光柵或奈米諧振器）耦合至微諧振器1740中。微諧振器1740之形狀、尺寸及材料可經選擇，使得當藉由使用MEMS裝置1770調諧垂直腔之光學路徑長度來改變泵浦光之波長時，可經由OPO（例如，DFWM）程序在微諧振器1740中產生不同色彩之可見光。耦合結構1742（例如，光柵或奈米諧振器）可設置以將在微諧振器1740中產生之可見光垂直地耦合出微諧振器1740。耦合出微諧振器1740之可見光可在極小損失或無損失之情況下經由第二反射器1750耦合出可見光光源1700，此係由於第二反射器1750對於可見光可為抗反射的，如上文所描述。

圖 17C及 17D說明藉由調諧可見光光源1700而產生不同色彩之可見光的實例。圖7C展示由VCSEL 1720發射且在由第一反射器1722及第二反射器1750形成之垂直腔內振盪的泵浦光可為可藉由使用MEMS裝置1770或另一致動器調諧第二反射器1750之方位而連續調諧的，以調諧光學路徑長度且因此調諧垂直腔之諧振波長。在所說明實例中，MEMS裝置1770可由移動第二反射器1750之控制信號驅動，使得由VCSEL 1720發射且在垂直腔內振盪之IR光之波長可在時間上線性地變化，如在圖7C中藉由曲線1780所展示。當IR泵浦光之波長經調諧至第一值時，可符合微諧振器1740之諧振條件且可發生OPO程序以在第一可見波長（例如，紅光）下產生信號光1790。當IR泵浦光之波長經調諧至第二值時，可再次符合微諧振器1740之諧振條件（針對不同模數m）且可發生OPO程序以在第二可見波長（例如，綠光）下產生信號光1792。當IR泵浦光之波長經調諧至第三值時，可再次符合微諧振器1740之諧振條件（針對不同模數m）且可發生OPO程序以在第三可見波長（例如，藍光）下產生信號光1794。以此方式，可由可見光光源1700產生呈許多不同色彩之可見光。

控制信號可為週期性信號或可為非週期性的。在一些具體實例中，控制信號可具有藉由待顯示之影像之像素資料判定的更複雜波形。舉例而言，控制信號可具有對應於不同色彩之多個不同步進位準，其中待顯示之影像圖框中之色彩像素的每一步進位準之持續時間可基於影像圖框之色彩像素之對應色彩（例如，R、G、B值）之所要強度來判定，使得在影像圖框之不同時段期間發射之呈不同色彩的可見光之時間組合可藉由觀看者之眼睛感知，此係由於可見光具有在Rec. 2020色域或更大色域中之單一色彩。以此方式，每一可見光光源1700可個別地受控而以每一影像圖框中之所要強度發射所要色彩之光。因此，可見光光源陣列1700可作為主動顯示面板。

圖 18A及 18B說明根據某些具體實例之可見光光源陣列1800之實例，其中可見光光源陣列1800中之每一可見光光源1802設置以發射呈一或多個色彩之可見光且呈每一色彩之可見光之各別強度可個別地控制。如圖18A中所說明，可見光光源1802可包括由第一反射器1822及第二反射器1830形成之可調諧垂直腔中之一或多個微諧振器，其中第二反射器1830可形成於MEMS裝置1832上且因此可由MEMS裝置1832移動。第一反射器1822及第二反射器1830對於IR光可具有高反射率（例如，＞80%、＞85%、＞90%、＞95%、＞99%或更高）。在一些具體實例中，第一反射器1822對於可見光可具有高反射率（例如，＞80%、＞85%、＞90%、＞95%、＞99%或更高）。第二反射器1830對於可見光可為抗反射的。一或多個微諧振器可由可調諧垂直腔中之紅外光VCSEL 1820直接泵浦以產生不同色彩之可見光。可將在一或多個微諧振器中產生之可見光垂直地耦合出垂直腔。

可見光光源1802可包括形成於CMOS底板上之驅動電路1810，其中CMOS底板可直接地或間接地（例如，經由插入件或薄膜電晶體層）接合至包括製造於其上之VCSEL 1820的晶圓。多個微諧振器及第二反射器1830可在將包括VCSEL 1820之晶圓接合至CMOS底板之前或之後形成。VCSEL 1820可包括第一電極1840（例如，陽極或陰極）、第二電極1842，及形成於第一電極1840與第二電極1842之間的半導體結構（例如，磊晶層）。半導體結構可包括例如第一反射器1822、可發射IR光之主動區1824，及其他半導體層（未標記於圖18A中），諸如包覆層或可經p摻雜或n摻雜之載子注入層。第一反射器1822可包括例如HCG，或由具有不同折射率及厚度之多對介電層、半導體層或金屬材料層（經摻雜或未摻雜）（諸如GaAs及AlAs（或AlGaAs）層、氧化物層（例如，氧化矽及另一氧化物層）或其類似者）形成的DBR反射器。主動區1824可包括例如InGaAs量子井層及GaAs障壁層、InAlGaAs量子井層及AlGaAs障壁層，或其類似者。在一些具體實例中，VCSEL 1820可包括用於IR光之部分反射器1826，其中部分反射器1826可部分反射且部分透射在主動區1824中發射之IR光以與第一反射器1822形成VCSEL 1820之諧振腔。由部分反射器1826及第一反射器1822形成之諧振腔可幫助變窄及選擇由IR VCSEL 1820發射之IR光之輸出波長範圍且改良所發射IR光之增益及強度。在一些具體實例中，VCSEL 1820可包括偏振器1828。偏振器1828可用以控制由VCSEL 1820發射之IR光的偏振模式，且藉由例如光柵耦合器或奈米諧振器（例如，後設結構）改良IR光進入微諧振器之耦合效率，此可為偏振相依的。在一些具體實例中，可改為使用諸如波板、空間變異偏振器或空間變異波板之其他偏振組件來控制由VCSEL 1820發射之IR光的偏振狀態。

在所說明實例中，每一可見光光源1802可包括第一微諧振器1850、第二微諧振器1860及第三微諧振器1870，以用於在DFWM程序中使用由VCSEL 1820發射之IR光作為泵浦光產生不同色彩之可見光。第一微諧振器1850、第二微諧振器1860及第三微諧振器1870可具有不同各別設計，且因此可使用相同泵浦光產生不同色彩之可見光。不同各別設計可包括例如迴路形狀（例如，環、卵形、螺旋形、軌道等）、尺寸、材料（且因此折射率）及其類似者之不同組合。舉例而言，第三微諧振器1870之形狀、尺寸及材料可經選擇，使得可藉由DFWM使用由VCSEL 1820發射之IR光作為泵浦光在第三微諧振器1870中產生紅光。耦合結構1872（例如，光柵或奈米諧振器）可設置以將在第三微諧振器1870中產生之紅光垂直地耦合出第三微諧振器1870。類似地，第二微諧振器1860之形狀、尺寸及材料可經選擇，使得可藉由DFWM使用由VCSEL 1820發射之IR光作為泵浦光在第二微諧振器1860中產生綠光。耦合結構1862（例如，光柵或奈米諧振器）可設置以將在第二微諧振器1860中產生之綠光垂直地耦合出第二微諧振器1860。第一微諧振器1850之形狀、尺寸及材料可經選擇，使得可藉由DFWM使用由VCSEL 1820發射之IR光作為泵浦光在第一微諧振器1850中產生藍光。耦合結構1852（例如，光柵或奈米諧振器）可設置以將在第一微諧振器1850中產生之藍光垂直地耦合出第一微諧振器1850。第一微諧振器1850、第二微諧振器1860及第三微諧振器1870可以任何合適的次序垂直地配置。在一些具體實例中，每一可見光光源1802可包括設置以產生呈兩種或更多種色彩之可見光的兩個或更多個不同微諧振器。在一些具體實例中，每一可見光光源1802可包括多個微諧振器，其中多個微諧振器中之至少兩個微諧振器可設置以產生相同色彩之可見光。

耦合出第一微諧振器1850、第二微諧振器1860及第三微諧振器1870之可見光可在極小損失或無損失之情況下經由第二反射器1830耦合出可見光光源1802，此係由於第二反射器1830對於可見光可為抗反射的，如上文所描述。如同第一反射器1822，第二反射器1830可包括例如HCG，或由具有交替折射率之多個介電層、半導體層或金屬材料層形成的DBR結構。DBR結構中之介電層、半導體層或金屬材料層之厚度及折射率可經選擇，使得在不同材料之間的鄰近界面處反射之IR光可建設性地干擾以增大第二反射器1830對於IR光之總反射率，同時在不同材料之間的鄰近界面處反射之可見光可破壞性地干擾以減小第二反射器1830對於可見光之總反射率。因而，由VCSEL 1820發射且尚未耦合至微諧振器中之IR光可由第二反射器1830及/或第一反射器1822反射回至微諧振器，且可至少部分地耦合至微諧振器中以改良將IR泵浦光耦合至微諧振器中之效率及可見光光源1802之效率。可見光光源1802中之微諧振器、耦合結構及第二反射器1830可在將VCSEL 1820接合至驅動電路1810之前或之後形成。

如圖18A中所說明，第二反射器1830可形成於MEMS裝置1832上且因此可係可由MEMS裝置1832移動的。在一些具體實例中，其他微致動器或奈米致動器（諸如微馬達、壓電致動器、鐵電致動器、磁性致動器、超音波致動器或其類似者）可用於移動第二反射器1830。IR光在垂直腔中諧振之波長可由垂直腔之光學路徑長度判定。因此，當第二反射器1830由MEMS裝置1832移動且因此垂直腔之光學路徑長度改變時，可改變在垂直腔中諧振之IR光的波長。當藉由使用MEMS裝置1832調諧垂直腔之光學路徑長度來改變泵浦光之波長時，可亦改變經由OPO（例如，DFWM）程序在微諧振器1850、1860及1870中產生之不同色彩之可見光的波長。

在所說明實例中，可見光光源1802可包括用於調諧由對應微諧振器產生且耦合出該對應微諧振器的每一色彩之可見光之各別強度的額外電極。舉例而言，電極1890可用於調變耦合出第一微諧振器1850之藍光之強度，電極1892可用於調變耦合出第二微諧振器1860之綠光之強度，且電極1894可用於調變耦合出第三微諧振器1870之紅光之強度。電極1890可用於調諧以下中之至少一者以調變自可見光光源1802發射之藍光之強度：第一微諧振器1850、用於將由VCSEL 1820發射之IR光耦合至第一微諧振器1850中的耦合結構，或用於耦合在第一微諧振器1850中產生之藍光的耦合結構1852。舉例而言，電極1890可用於在電光材料上施加電壓或向熱光裝置供應電流信號以改變第一微諧振器1850或耦合結構之折射率，藉此改變第一微諧振器1850之諧振條件或第一微諧振器1850之耦合結構的耦合效率，且因此改變所發射藍光之強度。類似地，電極1892可用於改變第二微諧振器1860之諧振條件或第二微諧振器1860之耦合結構的耦合效率，且因此改變所發射綠光之強度。電極1894可用於改變第三微諧振器1870之諧振條件或第三微諧振器1870之耦合結構的耦合效率，且因此改變所發射紅光之強度。以此方式，由可見光光源1802發射之紅光、綠光及藍光之強度可獨立地調諧至所需值以表示如圖18B中所展示之主動顯示面板之色彩像素單元，其中可見光光源1802之間距可小於約50 μm、小於約30 μm、小於約20 μm或小於約10 μm。

描述於圖15A至17B中之可見光光源可使用垂直腔中之一個VCSEL以產生多個色彩之光，諸如三原色及組成三原色之組合的其他色彩。由可見光光源1502及1602中之空間重疊微諧振器產生之不同色彩之空間多工（重疊）可見光或在不同時段期間由可見光光源1700中之單一微諧振器產生之不同色彩之光的時間組合可由觀看者之眼睛感知為色域中之單一色彩。因此，包括描述於圖15A至17B中之可見光光源的可見光光源陣列可具有比描述於圖14A至14B中之可見光光源更小的像素大小及更小的像素間距，其中色彩像素可藉由不同原色之三個可見光光源之空間組合達成。

本文中所揭示之具體實例可用於實施人工實境系統之組件，或可結合人工實境系統實施。人工實境為在呈現給使用者之前已以某一方式調整的實境形式，其可包括例如虛擬實境、擴增實境、混合實境、混雜實境或其某一組合及/或衍生物。人工實境內容可包括完全產生之內容或與所俘獲（例如，真實世界）內容組合之所產生內容。人工實境內容可包括視訊、音訊、觸覺回饋或其某一組合，且其中之任一者可在單一通道中或在多個通道中呈現（諸如對觀看者產生三維效應之立體聲視訊）。另外，在一些具體實例中，人工實境亦可與用以例如在人工實境中產生內容及/或以其它方式用於人工實境中（例如，在人工實境中進行活動）之應用程式、產品、配件、服務或其某一組合相關聯。提供人工實境內容之人工實境系統可實施於各種平台上，包括連接至主機電腦系統之HMD、獨立式HMD、行動裝置或計算系統或能夠將人工實境內容提供給一或多個觀看者之任何另一硬體平台。

圖 19為用於實施本文中所揭示之實例中之一些的實例近眼顯示器（例如，HMD裝置）之實例電子系統1900的簡化方塊圖。電子系統1900可用作HMD裝置或上文所描述之其他近眼顯示器之電子系統。在此實例中，電子系統1900可包括一或多個處理器1910及記憶體1920。處理器1910可設置以執行用於在數個組件處進行操作之指令，且可為例如適合於在攜帶型電子裝置內實施之通用處理器或微處理器。處理器1910可與電子系統1900內之複數個組件以通信方式耦接。為實現此通信耦接，處理器1910可跨匯流排1940與其他所說明組件通信。匯流排1940可為適於在電子系統1900內傳送資料之任何子系統。匯流排1940可包括複數個電腦匯流排及額外電路系統以傳送資料。

記憶體1920可耦接至處理器1910。在一些具體實例中，記憶體1920可提供短期儲存及長期儲存兩者，且可劃分成若干單元。記憶體1920可為揮發性的，諸如靜態隨機存取記憶體（static random access memory；SRAM）及/或動態隨機存取記憶體（DRAM），及/或可為非揮發性的，諸如唯讀記憶體（read-only memory；ROM）、快閃記憶體及其類似者。此外，記憶體1920可包括抽取式儲存裝置，諸如安全數位（secure digital；SD）卡。記憶體1920可提供電腦可讀取指令、資料結構、程式模組及用於電子系統1900之其他資料的儲存。在一些具體實例中，記憶體1920可分佈至不同硬體模組中。一組指令及/或程式碼可儲存於記憶體1920上。該等指令可採用可由電子系統1900執行之可執行程式碼之形式，及/或可採用原始程式碼及/或可安裝程式碼之形式，該原始程式碼及/或可安裝程式碼在電子系統1900上編譯及/或安裝於該電子系統上（例如，使用多種通常可用的編譯器、安裝程式、壓縮/解壓公用程式等中之任一者）後，可採用可執行程式碼之形式。

在一些具體實例中，記憶體1920可儲存複數個應用程式模組1922至1924，該等應用程式模組1922至1924可包括任何數目個應用程式。應用程式之實例可包括遊戲應用程式、會議應用程式、視訊播放應用程式或其他合適之應用程式。應用程式可包括深度感測功能或眼睛追蹤功能。應用程式模組1922至1924可包括待由處理器1910執行之特定指令。在一些具體實例中，某些應用程式或應用程式模組1922至1924之部分可由其他硬體模組1980執行。在某些具體實例中，記憶體1920可另外包括安全記憶體，該安全記憶體可包括額外安全控制以防止對安全資訊之複製或其他未授權存取。

在一些具體實例中，記憶體1920可包括加載於其中之作業系統1925。作業系統1925可操作以起始執行由應用程式模組1922至1924提供之指令及/或管理其他硬體模組1980，以及與可包括一或多個無線收發器之無線通信子系統1930介接。作業系統1925可適於跨電子系統1900之組件進行其他操作，包括執行緒處理、資源管理、資料儲存控制及另一類似功能性。

無線通信子系統1930可包括例如紅外通信裝置、無線通信裝置及/或晶片組（諸如，藍牙（Bluetooth）®裝置、IEEE 802.11裝置、Wi-Fi裝置、WiMax裝置、蜂巢式通信設施等）及/或類似通信介面。電子系統1900可包括用於無線通信之一或多個天線1934作為無線通信子系統1930之部分或作為耦合至該系統之任何部分的單獨組件。取決於所要功能性，無線通信子系統1930可包括獨立收發器以與基地收發器台及其他無線裝置及存取點進行通信，其可包括與諸如無線廣域網路（wireless wide-area network；WWAN）、無線區域網路（wireless local area network；WLAN）或無線個域網路（wireless personal area network；WPAN）之不同資料網路及/或網路類型進行通信。WWAN可為例如WiMax（IEEE 802.16）網路。WLAN可為例如IEEE 802.11x網路。WPAN可為例如藍牙網路、IEEE 802.15x或某一其他類型之網路。本文中所描述之技術亦可用於WWAN、WLAN及/或WPAN之任何組合。無線通信子系統1930可准許與網路、其他電腦系統及/或本文中所描述之任何其他裝置交換資料。無線通信子系統1930可包括用於使用天線1934及無線鏈路1932傳輸或接收資料之構件，該資料諸如HMD裝置之識別符、位置資料、地形圖、熱度圖、相片或視訊。無線通信子系統1930、處理器1910及記憶體1920可一起包含用於進行本文中所揭示之一些功能的構件中之一或多者的至少一部分。

電子系統1900之具體實例亦可包括一或多個感測器1990。感測器1990可包括例如影像感測器、加速計、壓力感測器、溫度感測器、近接感測器、磁力計、陀螺儀、慣性感測器（例如，組合加速計與陀螺儀之模組）、環境光感測器，或可操作以提供感測輸出及/或接收感測輸入之任何另一類似模組，諸如深度感測器或位置感測器。舉例而言，在一些實施方案中，感測器1990可包括一或多個IMU及/或一或多個位置感測器。IMU可基於自位置感測器中之一或多者接收到之量測信號來產生校準資料，該校準資料指示相對於HMD裝置之初始位置的HMD裝置之估計位置。位置感測器可回應於HMD裝置之運動而產生一或多個量測信號。位置感測器之實例可包括但不限於一或多個加速計、一或多個陀螺儀、一或多個磁力計、偵測運動之另一合適類型的感測器、用於IMU之誤差校正的一種類型之感測器或其任何組合。位置感測器可位於IMU外部、IMU內部或其任何組合。至少一些感測器可使用結構化之光圖案以用於感測。

電子系統1900可包括顯示模組1960。顯示模組1960可為近眼顯示器，且可以圖形方式將來自電子系統1900之資訊（諸如影像、視訊及各種指令）呈現給使用者。此資訊可源自一或多個應用程式模組1922至1924、虛擬實境引擎1926、一或多個其他硬體模組1980、其組合，或用於為使用者解析圖形內容（例如，藉由作業系統1925）之任何其他合適構件。顯示模組1960可使用LCD技術、LED技術（包括例如OLED、ILED、μ-LED、AMOLED、TOLED等）、發光聚合物顯示器（light-emitting polymer display；LPD）技術，或某一其他顯示技術。

電子系統1900亦包括使用者輸入/輸出模組1970。使用者輸入/輸出模組1970可允許使用者將動作請求發送至電子系統1900。動作請求可為進行特定動作之請求。舉例而言，動作請求可為開始或結束應用程式或進行該應用程式內之特定動作。使用者輸入/輸出模組1970可包括一或多個輸入裝置。實例輸入裝置可包括觸控螢幕、觸控板、麥克風、按鈕、撥號盤、開關、鍵盤、滑鼠、遊戲控制器，或用於接收動作請求及將接收到之動作請求傳達至電子系統1900之任何另一合適裝置。在一些具體實例中，使用者輸入/輸出模組1970可根據自電子系統1900接收到之指令將觸覺回饋提供至使用者。舉例而言，可在接收到動作請求或已進行動作請求時提供觸覺回饋。

電子系統1900可包括攝影機1950，該攝影機1950可用以拍攝使用者之相片或視訊，例如用於追蹤使用者之眼睛位置。攝影機1950亦可用以拍攝環境之相片或視訊，例如用於VR、AR或MR應用。攝影機1950可包括例如具有數百萬或數千萬個像素之互補金屬氧化物半導體（complementary metal-oxide-semiconductor；CMOS）影像感測器。在一些實施方案中，攝影機1950可包括可用以俘獲3-D影像之兩個或更多個攝影機。

在一些具體實例中，電子系統1900可包括複數個其他硬體模組1980。其他硬體模組1980中之每一者可為電子系統1900內之實體模組。儘管其他硬體模組1980中之每一者可永久地設置為結構，但其他硬體模組1980中之一些可暫時設置以進行特定功能或暫時啟動。其他硬體模組1980之實例可包括例如音訊輸出及/或輸入模組（例如，麥克風或揚聲器）、近場通信（near field communication；NFC）模組、可再充電電池、電池管理系統、有線/無線電池充電系統等。在一些具體實例中，其他硬體模組1980之一或多個功能可以軟體實施。

在一些具體實例中，電子系統1900之記憶體1920亦可儲存虛擬實境引擎1926。虛擬實境引擎1926可執行電子系統1900內之應用程式，且自各種感測器接收HMD裝置之位置資訊、加速度資訊、速度資訊、所預測未來位置，或其任何組合。在一些具體實例中，由虛擬實境引擎1926接收到之資訊可用於為顯示模組1960產生信號（例如，顯示指令）。舉例而言，若接收到之資訊指示使用者已看向左方，則虛擬實境引擎1926可為HMD裝置產生反映使用者在虛擬環境中之移動的內容。另外，虛擬實境引擎1926可回應於自使用者輸入/輸出模組1970接收到之動作請求而進行應用程式內之動作，且將回饋提供給使用者。所提供回饋可為視覺、聽覺或觸覺回饋。在一些實施方式中，處理器1910可包括可執行虛擬實境引擎1926之一或多個GPU。

在各種實施方案中，上述硬體及模組可實施於可使用有線或無線連接彼此通信之單一裝置上或多個裝置上。舉例而言，在一些實施方案中，諸如GPU、虛擬實境引擎1926及應用程式（例如，追蹤應用程式）之一些組件或模組可實施於控制台上，該控制台與頭戴式顯示器裝置分開。在一些實施方式中，一個控制台可連接至或支援多於一個HMD。

在替代組態中，不同組件及/或額外組件可包括於電子系統1900中。類似地，組件中之一或多者的功能性可以不同於上文所描述之方式的方式分佈在組件當中。舉例而言，在一些具體實例中，電子系統1900可經修改以包括其他系統環境，諸如AR系統環境及/或MR環境。

上文所論述之方法、系統及裝置為實例。在適當時各種具體實例可省略、取代或添加各種程序或組件。舉例而言，在替代組態中，可以不同於所描述次序之次序來進行所描述方法，及/或可添加、省略及/或組合各種階段。此外，可在各種其他具體實例中組合關於某些具體實例所描述之特徵。可儀類似方式組合具體實例之不同態樣及元件。此外，技術發展，且因此許多元件為實例，該等實例並不將本發明之範疇限制於彼等特定實例。

在本說明書中給出特定細節以提供對具體實例的徹底理解。然而，具體實例可在無此等特定細節之情況下實踐。舉例而言，已在無不必要細節之情況下展示熟知之電路、程序、系統、結構及技術，以便避免混淆具體實例。本說明書僅提供實例具體實例，且並不意欲限制本發明之範疇、適用性或組態。實情為，具體實例之前述描述將為所屬技術領域中具有通常知識者提供能夠實施各種具體實例之描述。可在不脫離本發明之精神及範疇的情況下對元件之功能及配置作出各種改變。

所屬技術領域中具有通常知識者將顯而易見，可根據特定要求作出實質變化。舉例而言，亦可使用自訂或專用硬體，及/或可以硬體、軟體（包括攜帶型軟體，諸如小程式等）或兩者實施特定元件。此外，可採用與其他計算裝置（諸如網路輸入/輸出裝置）之連接。

參考隨附圖式，可包括記憶體之組件可包括非暫時性機器可讀取媒體。術語「機器可讀取媒體」及「電腦可讀取媒體」可指代參與提供使得機器以特定方式操作之資料的任何儲存媒體。在上文所提供之具體實例中，各種機器可讀取媒體可能涉及將指令/程式碼提供至處理單元及/或其他裝置以供執行。另外或替代地，機器可讀取媒體可用以儲存及/或攜載此等指令/程式碼。在許多實施方案中，電腦可讀取媒體為實體及/或有形儲存媒體。此媒體可呈許多形式，包括但不限於非揮發性媒體、揮發性媒體及傳輸媒體。電腦可讀取媒體之常見形式包括例如磁性及/或光學媒體，諸如光碟（compact disk；CD）或數位化通用光碟（digital versatile disk；DVD）；打孔卡；紙帶；具有孔圖案之任何其他實體媒體；RAM；可程式化唯讀記憶體（programmable read-only memory；PROM）；可抹除可程式化唯讀記憶體（erasable programmable read-only memory；EPROM）；FLASH-EPROM；任何其他記憶體晶片或卡匣；如下文中所描述之載波；或可供讀取指令及/或程式碼之任何其他媒體。電腦程式產品可包括程式碼及/或機器可執行指令，該等程式碼及/或機器可執行指令可表示程序、函式、子程式、程式、常式、應用程式（App）、次常式、模組、軟體套件、類別，或指令、資料結構或程式陳述式之任何組合。

如本文中所使用，術語「及」及「或」可包括多種含義，該等含義亦預期至少部分地取決於使用此類術語之上下文。通常，「或」若用以關聯清單，諸如，A、B或C，則意欲意謂A、B及C（此處以包括性意義使用），以及A、B或C（此處以排他性意義使用）。另外，如本文中所使用，術語「一或多個」可用於以單數形式描述任何特徵、結構或特性，或可用於描述特徵、結構或特性之某一組合。然而，應注意，此僅為說明性實例且所主張之主題不限於此實例。此外，術語「中之至少一者」若用於關聯清單（諸如，A、B或C），則可解釋為意謂A、B、C或A、B及/或C之組合（諸如，AB、AC、BC、AA、ABC、AAB、AABBCCC或其類似者）。

此外，儘管已使用硬體與軟體之特定組合描述某些具體實例，但應認識到，硬體與軟體之其他組合亦為可能的。可僅以硬體或僅以軟體或使用其組合來實施某些具體實例。在一個實例中，可藉由電腦程式產品來實施軟體，該電腦程式產品含有電腦程式碼或指令，該等電腦程式碼或指令可由一或多個處理器執行以用於進行本發明中所描述之步驟、操作或程序中之任一者或全部，其中電腦程式可儲存於非暫時性電腦可讀取媒體上。本文中所描述之各種程序可以任何組合實施於同一處理器或不同處理器上。

在裝置、系統、組件或模組經描述為設置以進行某些操作或功能之情況下，可例如藉由設計電子電路以進行操作、藉由程式化可程式化電子電路（諸如微處理器）以進行操作（諸如藉由執行電腦指令或程式碼，或經程式化以執行儲存於非暫時性記憶體媒體上之程式碼或指令的處理器或核心）或其任何組合來實現此組態。程序可使用多種技術進行通信，包括但不限於用於程序間通信之習知技術，且不同對程序可使用不同技術，或同一對程序可在不同時間使用不同技術。

因此，應在說明性意義上而非限定性意義上看待說明書及圖式。然而，將顯而易見，可在不脫離如申請專利範圍中所闡述的更廣泛精神及範疇之情況下對說明書及圖式進行添加、減去、刪除及其他修改及改變。因此，儘管已描述特定具體實例，但此等具體實例並不意欲為限制性的。各種修改及等效物在以下申請專利範圍之範疇內。

100:人工實境系統環境 110:控制台 112:應用程式商店 114:耳機追蹤模組 116:人工實境引擎 118:眼睛追蹤模組 120:近眼顯示器 122:顯示電子件 124:顯示光學件 126:定位器 128:位置感測器 130:眼睛追蹤單元 132:慣性量測單元 140:輸入/輸出介面 150:外部成像裝置 200:HMD裝置 220:主體 223:底側 225:前側 227:左側 230:頭部綁帶 300:近眼顯示器 305:框架 310:顯示器 330:照明器 340:高解析度攝影機 350a:感測器 350b:感測器 350c:感測器 350d:感測器 350e:感測器 400:擴增實境系統 410:投影器 412:影像源 414:投影器光學件 415:組合器 420:基板 430:輸入耦合器 440:輸出耦合器 450:光 460:所提取光 490:眼睛 495:眼眶 500:近眼顯示器裝置 510:光源 512:紅光發射器 514:綠光發射器 516:藍光發射器 520:投影光學件 530:波導顯示器 532:耦合器 540:光源 542:紅光發射器 544:綠光發射器 546:藍光發射器 550:近眼顯示器裝置 560:自由形式光學元件 570:掃描鏡面 580:波導顯示器 582:耦合器 590:眼睛 600:近眼顯示器系統 610:影像源總成 620:控制器 630:影像處理器 640:顯示面板 642:光源 644:驅動器電路 650:投影器 700:VCSEL 705:可調諧VCSEL 710:基板 712:驅動電路 720:塊體DBR 722:VCSEL 724:第一反射器 726:主動區 730:底部DBR 732:第一電極 734:第二電極 740:包覆層 750:主動區 752:第二反射器 760:包覆層 762:微機電系統裝置 770:頂部DBR 810:泵浦光子 815:虛擬激發態 820:光子 830:光子 900:結構 902:結構 904:結構 910:光學諧振器 920:耦合結構 930:光學諧振器 940:泵浦波導 950:輸出波導 960:光學諧振器 970:波導 980:波導 1000:可見光光源 1010:驅動電路 1020:VCSEL 1022:第一反射器 1024:主動區 1026:部分反射器 1028:偏振器 1030:第一電極 1032:第二電極 1040:微諧振器 1042:耦合結構 1050:第二反射器 1060:介電材料 1100:可見光光源 1110:驅動電路 1120:VCSEL 1122:第一反射器 1124:主動區 1130:第二反射器 1140:第一電極 1142:第二電極 1150:微諧振器 1152:耦合結構 1160:介電材料 1200:可見光光源 1202:可見光光源 1210:驅動電路 1220:VCSEL 1222:第一反射器 1224:主動區 1230:第二反射器 1240:第一電極 1242:第二電極 1250:波導 1252:耦合結構 1260:微諧振器 1262:微諧振器 1270:介電材料 1300:可見光光源 1302:可見光光源 1310:驅動電路 1320:VCSEL 1322:第一反射器 1324:主動區 1326:部分反射器 1328:偏振器 1330:第二反射器 1340:第一電極 1342:第二電極 1350:波導 1352:輸入耦合結構 1360:介電材料 1370:微諧振器 1372:微諧振器 1400:可見光光源陣列 1402:藍光光源 1404:綠光光源 1406:紅光光源 1420:VCSEL 1422:第一反射器 1424:主動區 1430:第一電極 1432:第二電極 1440:微諧振器 1442:微諧振器 1444:微諧振器 1450:耦合結構 1452:耦合結構 1454:耦合結構 1460:第二反射器 1462:第二反射器 1464:第二反射器 1500:可見光光源陣列 1502:可見光光源 1510:驅動電路 1520:VCSEL 1522:第一反射器 1524:主動區 1526:部分反射器 1528:偏振器 1530:第二反射器 1540:第一電極 1542:第二電極 1550:第一微諧振器 1552:耦合結構 1560:第二微諧振器 1562:耦合結構 1570:第三微諧振器 1572:耦合結構 1600:可見光光源陣列 1602:可見光光源 1610:驅動電路 1620:VCSEL 1622:第一反射器 1624:主動區 1626:部分反射器 1628:偏振器 1630:第二反射器 1640:第一電極 1642:第二電極 1650:第一微諧振器 1652:耦合結構 1660:第二微諧振器 1662:耦合結構 1670:第三微諧振器 1672:耦合結構 1690:電極 1692:電極 1694:電極 1700:可見光光源 1710:驅動電路 1720:VCSEL 1722:第一反射器 1724:主動區 1726:部分反射器 1728:偏振器 1730:第一電極 1732:第二電極 1740:微諧振器 1742:耦合結構 1750:第二反射器 1770:微機電系統裝置 1780:曲線 1790:信號光 1792:信號光 1794:信號光 1800:可見光光源陣列 1802:可見光光源 1810:驅動電路 1820:VCSEL 1822:第一反射器 1824:主動區 1826:部分反射器 1828:偏振器 1830:第二反射器 1832:MEMS裝置 1840:第一電極 1842:第二電極 1850:第一微諧振器 1852:耦合結構 1860:第二微諧振器 1862:耦合結構 1870:第三微諧振器 1872:耦合結構 1890:電極 1892:電極 1894:電極 1900:電子系統 1910:處理器 1920:記憶體 1922:應用程式模組 1924:應用程式模組 1925:作業系統 1926:虛擬實境引擎 1930:無線通信子系統 1932:無線鏈路 1934:天線 1940:匯流排 1950:攝影機 1960:顯示模組 1970:使用者輸入/輸出模組 1980:其他硬體模組 1990:感測器 x:方向 y:方向 z:方向

在下文參考以下諸圖詳細描述說明性具體實例。 [圖1]為根據某些具體實例之包括近眼顯示器的人工實境系統環境之實例的簡化方塊圖。 [圖2]為呈用於實施本文中所揭示之實例中之一些的頭戴式顯示器（head-mounted display；HMD）裝置之形式的近眼顯示器之實例的透視圖。 [圖3]為呈用於實施本文中所揭示之實例中之一些的一副眼鏡之形式的近眼顯示器之實例的透視圖。 [圖4]說明根據某些具體實例之包括波導顯示器之光學透視擴增實境系統之實例。 [圖5A]說明根據某些具體實例的包括波導顯示器之近眼顯示器裝置之實例。 [圖5B]說明根據某些具體實例的包括波導顯示器之近眼顯示器裝置之實例。 [圖6]說明根據某些具體實例的在擴增實境系統中之影像源總成之實例。 [圖7A]說明垂直腔面射型雷射（VCSEL）之實例。 [圖7B]說明根據某些具體實例之可調諧VCSEL之實例。 [圖8A及8B]說明使用低頻率泵浦光經由簡併四波混合產生較高頻率光信號之實例。 [圖8C]說明微諧振器之實例之多個縱向諧振模式。 [圖9A]展示根據某些具體實例之設置以將在光學諧振器中產生的光垂直地耦合出光學諧振器的耦合結構之實例之橫截面視圖。 [圖9B]展示根據某些具體實例之圖9A之耦合結構的實例之俯視圖。 [圖9C]說明根據某些具體實例之設置以將在光學諧振器中產生的光耦合至輸出波導中的結構之實例之俯視圖。 [圖9D]說明根據某些具體實例之設置以將在光學諧振器中產生的光耦合至輸出波導中的結構之另一實例之俯視圖。 [圖10A及10B]說明根據某些具體實例之包括在垂直腔中且由垂直腔中之紅外光VCSEL直接泵浦之微諧振器的可見光光源之實例，其中將在微諧振器中產生的可見光垂直地耦合出垂直腔。 [圖11A]說明根據某些具體實例之包括在垂直腔外部且由紅外光VCSEL直接泵浦之微諧振器的可見光光源之實例。 [圖11B]說明圖11A之可見光光源之實例之俯視圖。 [圖12A及12B]說明根據某些具體實例之包括由紅外光VCSEL泵浦之微諧振器的可見光光源之實例，其中紅外光經由輸入耦合結構及與微諧振器在相同層上之波導耦合至微諧振器中。 [圖12C及12D]說明根據某些具體實例之包括由紅外光VCSEL泵浦之微諧振器的可見光光源之實例，其中紅外光經由輸入耦合結構及與微諧振器在不同垂直層上之波導耦合至微諧振器中。 [圖13A]說明根據某些具體實例之包括由垂直腔中之紅外光VCSEL泵浦之微諧振器的可見光光源之實例，其中紅外光經由垂直腔中之輸入耦合結構及與微諧振器在相同垂直層上之波導耦合至微諧振器中。 [圖13B]說明圖13A之可見光光源之實例之俯視圖。 [圖13C]說明根據某些具體實例之包括由垂直腔中之紅外光VCSEL泵浦之微諧振器的可見光光源之實例，其中紅外光經由垂直腔中之輸入耦合結構及與微諧振器在不同垂直層上之波導耦合至微諧振器中。 [圖13D]說明圖13C之可見光光源之實例之俯視圖。 [圖14A]說明根據某些具體實例之設置以發射不同色彩之可見光的可見光光源陣列之實例，其中陣列中之每一可見光光源包括在垂直腔中且由垂直腔中之紅外光VCSEL直接泵浦的微諧振器，且將在微諧振器中產生的可見光垂直地耦合出垂直腔。 [圖14B及14C]說明圖14A之可見光光源陣列之實例之俯視圖。 [圖15A]說明根據某些具體實例之可見光光源陣列之實例，其中陣列中之每一可見光光源設置以產生不同色彩之可見光。 [圖15B]說明圖15A之可見光光源陣列之實例之俯視圖。 [圖16A]說明根據某些具體實例之可見光光源陣列之實例，其中每一可見光光源設置以發射呈多個色彩之可見光且每一色彩中之可見光之各別強度可個別地控制。 [圖16B]說明圖16A之可見光光源陣列之實例之俯視圖。 [圖17A]說明根據某些具體實例之可調諧以發射不同色彩之可見光的可見光光源之實例。 [圖17B]說明圖17A之可見光光源陣列之實例之俯視圖。 [圖17C及17D]說明藉由調諧圖17A及17B之可見光光源而產生不同色彩之可見光的實例。 [圖18A]說明根據某些具體實例之可見光光源陣列之實例，其中每一可見光光源可調諧以發射呈多個色彩之可見光且每一色彩中之可見光之各別強度可個別地控制。 [圖18B]說明圖18A之可見光光源陣列之實例之俯視圖。 [圖19]為根據某些具體實例之近眼顯示器之實例的電子系統之簡化方塊圖。 諸圖僅出於說明之目的描繪本發明之具體實例。所屬技術領域中具有通常知識者依據以下描述將容易認識到，可在不脫離本發明之原理或所主張之權益的情況下採用所說明之結構及方法的替代具體實例。 在附圖中，類似組件及/或特徵可具有相同參考標記。此外，可藉由在參考標記之後加上破折號及在類似組件當中進行區分之第二標記來區分同一類型之各種組件。若在本說明書中僅使用第一參考標記，則描述適用於具有相同第一參考標記而與第二參考標記無關的類似組件中之任一者。

705:可調諧VCSEL

712:驅動電路

722:VCSEL

724:第一反射器

726:主動區

732:第一電極

734:第二電極

752:第二反射器

762:微機電系統裝置

Claims (20)

1. 一種可見光光源，其包含： 基板； 位於該基板上的第一反射器及第二反射器，其中該第一反射器及該第二反射器設置以反射紅外光且經垂直地配置以形成一垂直腔； 主動區，其位於該垂直腔中，該主動區設置以發射紅外光； 微諧振器，其位於該基板上，該微諧振器設置以接收由該主動區發射的該紅外光及經由光參數振盪產生可見光；及 輸出耦合器，其設置以將在該微諧振器中產生的該可見光耦合出該微諧振器。
2. 如請求項1之可見光光源，其中： 該微諧振器位於該垂直腔中或該垂直腔之頂部上；且 該微諧振器設置以直接或經由一輸入耦合器接收該紅外光。
3. 如請求項2之可見光光源，其中該輸入耦合器或該輸出耦合器包括光柵耦合器、介電散射器、金屬散射器或奈米諧振器。
4. 如請求項3之可見光光源，其中該光柵耦合器是傾斜的、變跡的、啁啾的或前述特性之組合。
5. 如請求項1之可見光光源，其中： 該微諧振器位於該垂直腔外部；且 該可見光光源進一步包含： 波導，其光學耦合至該微諧振器；及 輸入耦合器，其位於該垂直腔中或該垂直腔之頂部上且設置以將由該主動區發射之該紅外光耦合至該波導中。
6. 如請求項5之可見光光源，其中該波導及該微諧振器形成於相同材料層中或位於不同層上。
7. 如請求項1之可見光光源，其中該微諧振器設置以經由簡併四波混合產生該可見光。
8. 如請求項1之可見光光源，其中該第一反射器及該第二反射器中之每一者包含高對比度光柵或分佈式布拉格反射器，該分佈式布拉格反射器包括介電層、半導體層或兩者。
9. 如請求項1之可見光光源，其中該第二反射器對於該可見光為抗反射的且設置以將該可見光垂直地透射出該可見光光源。
10. 如請求項1之可見光光源，其中該微諧振器包括微環、微盤、基於波導之空腔、光子晶體點缺陷空腔、光子晶體環空腔或電漿子諧振器。
11. 如請求項1之可見光光源，其中該微諧振器之特徵為環形環形狀、卵形環形狀、阿基米德螺旋形形狀、另一螺旋形形狀或軌道形狀。
12. 如請求項1之可見光光源，其中該輸出耦合器設置以將該可見光垂直地耦合至自由空間中或將該可見光耦合至光子積體電路中。
13. 如請求項1之可見光光源，其進一步包含： 第三反射器，其位於該垂直腔中，其中該第三反射器對於該紅外光為部分反射的； 偏振組件，其位於該垂直腔中且設置以選擇該紅外光之偏振模式；或 該第三反射器及該偏振組件兩者。
14. 如請求項13之可見光光源，其中該偏振組件包括偏振器、波板、空間變異偏振器或空間變異波板。
15. 一種可見光光源陣列，其包含：  CMOS底板，其包括形成於其上的驅動電路；及 可見光光源陣列，其形成於基板上且直接地或間接地接合至該CMOS底板，其中該可見光光源陣列中之每一可見光光源可由該等驅動電路個別地定址且包含： 第一反射器及第二反射器，其設置以反射紅外光及形成垂直腔； 主動區，其位於該垂直腔中且設置以發射紅外光； 微諧振器，其設置以接收由該主動區發射的該紅外光及經由光參數振盪產生可見光；及 輸出耦合器，其設置以將在該微諧振器中產生的該可見光耦合出該微諧振器。
16. 如請求項15之可見光光源陣列，其中： 該微諧振器位於該垂直腔中或該垂直腔之頂部上；且 該微諧振器設置以直接或經由輸入耦合器接收該紅外光。
17. 如請求項15之可見光光源陣列，其中： 該微諧振器位於該垂直腔外部；且 該可見光光源陣列中之每一可見光光源進一步包含： 波導，其光學耦合至該微諧振器；及 輸入耦合器，其位於該垂直腔中或該垂直腔之頂部上且設置以將該紅外光耦合至該波導中。
18. 如請求項15之可見光光源陣列，其中該微諧振器包括微環、微盤、基於波導之空腔、光子晶體點缺陷空腔、光子晶體環空腔或電漿子諧振器。
19. 如請求項15之可見光光源陣列，其中該可見光光源陣列之間距小於50 μm、小於30 μm、小於20 μm或小於10 μm。
20. 如請求項15之可見光光源陣列，其中該微諧振器之特徵為環形環形狀、卵形環形狀、螺旋形形狀或軌道形狀。

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