专利名称：外腔有机激光器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及激光器领域，特别是使用有机增益介质的可见光激光器。本发明尤其涉及一种可见光激光器，其中在谐振器内提供了一层有机增益材料的薄膜，以控制一种或多种激光波型的特征。
背景技术：
可见光激光器有很多潜在的用途，例如显示器、光存储器读/写、激光打印以及使用塑料光纤的短程通讯(T.Ishigure等人，Electronics Letters，March16，1995，Vol.31，No.6)。对于这些应用而言，需要成本有效、中等功率并且跨越可见光谱的激光源。对于红外应用而言，对于成本有效和功率的要求已经通过半导体激光二极管得到了较好的满足。然而，尽管已在许多工业和学校实验室中做出了广泛的努力，但是仍有很多工作要做，以制造出能够产生跨越可见光谱的光输出的可用激光二极管，以解决在绿光区尤其尖锐的问题。使用标准激光晶体(例如Nd:YAG)和倍频的可见固态激光器已经有一定的发展，但还未实现低成本的标准。这些激光器还不能用于对所需的任意可见波长进行选择。气态激光器也存在同样问题，随之而来的额外问题就是极低的wallplug效率。
在制造可见波长激光器的努力中，优选放弃基于无机的系统，而将目光集中在基于有机的激光器系统上，这是由于与无机基增益物质相比，有机基增益物质在可见光谱中有较大的优势。例如，传统的染料激光器提供了很宽范围的波长。然而，液态染料激光器未被证明在非实验室应用下是可行的。
其它有机基增益物质在低的未泵浦的散射/吸收损耗和高量子效率上有很多有益的性质。与无机激光系统相比，有机激光器对于制造商相对便宜、可以使其在整个可见光范围之内发射，能按任意的尺寸放大，并且最重要的就是，从一种晶片中可以发射多波长(比如红，绿和蓝)。在过去的数年中，人们对于制造有机基固态激光器的兴趣持续增长。激光增益物质可以是聚合物或小分子化合物，并且大量不同的谐振腔结构也被采用，例如，微腔(Kozlov等人，US6160828，2000，12，12公开，标题为“有机垂直腔表面发射激光器”)、波导管、环微激光器和分布反馈(还可以参见，例如G.Kranzelbinder等人，Rep.Prog.Phys.63，729(2000)和Diaz-Garcia等人，US5881083，1999，03，09公开，标题为“作为用于固态激光器的材料的共轭聚合物”)。这些结构的共同问题是为了能产生激光，需要用其它激光源，通过光泵浦来激发腔体。非常优选电泵浦激光腔，因为其通常使得对结构的控制更为紧凑和容易。
获得电泵浦有机激光器的一个主要障碍是有机物质的载流子迁移率小，通常是10-5cm2/(V-s)级。这种低载流子迁移率会导致很多问题。载流子迁移率低的装置通常局限于使用薄层，以防止大的电压降和电阻热。这些薄层会导致激光波型击穿有损耗的阴极和阳极，使激光阈值大幅上升(Kozolv等人，Journal ofApplied Physics，Vol.84，No.8，October 15，1998)。由于有机物质中的电子空穴复合通过Langevin复合支配(其速率与载流子迁移率成比例)，因此低载流子迁移率会引起比单峰激发更大数量级的电荷载流子；其中的一个结果就是电荷感应(极化子)吸收可以成为一个有效的损耗机理(Tessler等人，Applied PhysicsLetters，Vol.74，No.19，May 10，1999)。假定激光装置有5％的内部量子效率，采用报道中最低的激光阈值～100W/cm2(Berggren等人，Letters to NatureVol.389，October 02，1997)，并忽略上述的损耗机理，从而能得到较低的电泵浦激光阈值1000A/cm2。包括这些损耗机于的话，激光阈值将大大超过1000A/cm2，达到有机装置能够负担的目前报道的最高电流密度(Tessler等人，AdvancedMaterials，1998.Vol.10，No1)。
避免这些问题的一个方法就是用结晶有机物质代替无定形有机物质作为激光介质。这种方法现已被采用(Schon等人，Science，Vol.289，July 28，2000)，其中使用单晶并四苯做为增益物质构成Fabry-Perot谐振器。通过使用晶体并四苯，可以获得更大的电流密度，可以使用更厚的层(由于载流子迁移率为2cm2/(V-s)级)，极化子的吸收也低得多。这导致了室温下的激光阈值电流密度大约为1500A/cm2。有机基激光器的一个优点是，因为增益物质通常是无定形膜，与使用要求高结晶度的增益物质的激光器相比(无机或有机物质)，可以低成本地形成装置。此外，基于有机无定形增益物质的激光器能在很大面积内生产，而不用考虑单晶物质的大制造区域；因此，可以按任意尺寸放大，得到更大的输出功率。由于它们的无定形特征，有机基激光器可以在多种底物上生长；因此，可以使用，诸如玻璃、软质塑料、Si的材料承载装置。因此，具有显著的成本优势，并且对可用于无定形有机基激光器的载体材料也有更多的选择。使用单晶有机激光器就没有这些优势。
用于有机激光器的电泵浦的一个替代方案是由非相干光源的光泵浦，比如发光二极管(LED)，可以是无机(McGehee等人，Applied PhysicsLetters，Vol.72，No.13，March 30，1998)或者有机的(Berggren等人，U.S.专利No.5,881,089，
公开日期1999.03.09，标题为“包括有机激光器的产品”)。这种可能性使得未泵浦的有机激光器体系在激光波长上的散射/吸收损耗(～0.5cm-1)大幅下降，尤其是当使用基质-掺杂剂混合物做为活性介质时。甚至利用这些小损耗，迄今为止，基于波导管激光器的设计，报道的有机激光器最低光泵浦阈值密度是100W/cm2(Berggren等人，Letters to Nature，Vol.389，October 02，1997)。而现有的无机LED仅能提供最高～20W/cm2的功率密度，这就需要采用另外的途径，通过非相干源使光泵浦成为可能。有机基增益介质具有若干缺点，但通过谨慎的激光系统设计可以将其克服。有机物质对于各种环境因素很敏感，如氧气和水蒸汽。努力降低对这些变量的敏感性通常可以提高设备的使用寿命。此外，有机物质所能承受的光和热损坏阈值较低。设备具有有限的泵浦功率密度，以防止对装置的不可逆损坏。
因此，由有机激光器产生高功率存在一个难题。为了产生高功率而又保持在上述范围功率密度内，需要一块很大的区域来产生激光功率。但优选也保持相干光束，而这对于薄膜结构来说是困难的。
当无机半导体和固态激光器面对相似的问题时，已知可在外谐振器上使用了薄增益介质。例如，在Brauch等人的US5553088，
公开日期1996.09.03，标题为“激光放大系统”中，光泵浦固态激光物质的薄盘位于标准激光谐振器的一个末反射镜上。谐振器被设计为在激光材料上以相对较大的区域生成单束Gaussian激光波型，以放大激光功率而不损坏激光物质。使用垂直发射半导体激光结构也是一种已知的类似技术。使用激光结构的多重通路的改型在US5131002(Mooradian，
公开日期1992.07.14，标题“外腔半导体激光系统”)中被公开。最近，许多使用垂直发射半导体激光结构的标准激光谐振器也被公开，包括光泵浦(US5991318，Caprara等人1999.11.23公开标题“腔内变频光泵浦半导体激光器，”以及相关的专利)和电泵浦(US6243407，Mooradian，2001.06.05公开，标题“高能激光装置”)。
以上的这些激光器一个共有的缺点是，需要使用非线性频率转换，以产生可见激光。非线性光学物质和合适的相匹配装置会增加激光器系统的成本。而且，稳态的单束纵且波型所产生的要求对于显示应用(其中，激光散斑的抑制需要宽的谱宽)以及其他需要可调谐性波长的用途而言是一个缺点。最后，频率转换，特别是在连续波操作中，降低激光器的效率，因此需要更多的光泵浦功率(对于光泵浦的情况)和更大的波型区域。
在‘088，‘002，和’318中公开的光泵浦外腔激光器的另一缺点是激光物质的特征在于需要别的激光器做为泵浦源，使之具有足够高的阈值密度。这就需要使用低成本的非相干源，比如将发光二极管用于光泵浦，阈值密度也应当足够低，以利于发光二极管的使用。上述物质的第三个缺陷是它们都是晶体，要在平底物上生长。
需要在有机基激光器结构中以高功率操作、激光波型控制以及可调谐性地产生一种高质量的激光束，其能够以非相干光源激发，诸如LED。
发明内容
本发明通过提供一种薄膜有机激光器，满足了以上的需求，其包括底物；底物上放置的底部反射镜；沉积在底部反射镜上的至少一个活性区域，其中至少一个活性区域中包括有机增益物质；距至少一个活性区域预定距离放置的外部反射镜，这样，外部反射镜结合底部反射镜构成激光谐振器；和一个光泵浦装置，用于激发有机增益物质在激光谐振器和激光的输出中产生波长为λ的激光束和至少一个侧激光波型。
另一个实施方案中，本发明提供了一种薄膜有机激光器，包括底物；在底物上放置的底部反射镜；沉积在底部反射镜上的至少一个活性区域，其中至少有一个活性区域中包括有机增益物质；在至少一个活性区域顶部放置的反射率为Rint的内部反射镜，这样底部反射镜结合内部反射镜形成第一激光谐振器；距至少一个活性区域预定距离放置的外部反射镜，这样外部反射镜结合底部反射镜形成第二激光谐振器；和一个光泵浦装置，用于激发有机增益物质以产生波长为λ的激光输出和至少一个侧激光波型。
通过以下描述及附图，本发明上述和其他目的、特征和优点将变得更为显而易见，如果可能，其中使用的和图中出现的相同的参考数字代表附图中共同的相同特征。
图1是根据本发明的薄膜有机激光器的略图；图2是第一有机激光器膜结构的横截面；图3是显示TE00波型直径-用100-mm、200-mm和500-mm曲率半径的反射镜的类半球体谐振器一对腔长度解谐的图；图4是第二有机激光器膜结构的横截面，其特征为中间部分反射镜。
图5是第三有机激光器膜结构的横截面，其特征是周期谐振增益层。
图6是第四有机激光器膜结构的横截面，其特征是用于多波长范围的多个增益区域。
图7是第五有机激光器膜结构的横截面，其特征是用于多波长范围的周期谐振增益层。
图8是第六有机激光器膜结构的横截面，其特征是具有用于多波长范围的周期谐振增益层的多个活性区域。
图9是第一光泵浦装置的图，其使用了最近的LED；图10是第二光泵浦装置的图，其使用了LED和小透镜阵列连接；图11是第三光泵浦装置的图，其使用了弧形白炽灯；和图12是第四光泵浦装置的图，其使用了一个激光器。
为了帮助理解，其中使用的和图中出现的相同的参考数字代表在图中通用的相同元件。
具体实施例方式
本发明在外腔激光器结构中使用了有机基增益物质。这就避免了需要用非线性光去获得可见波长，允许非相干光泵浦，以及使用弯曲底物作为有机激光物质的载体。另外的一个优点是在可调激光腔中使用了有机激光物质的很宽的增益频宽，来实现很大的调谐范围。所以，本发明包括一个具有最小的腔内光学部件；在凹镜的曲面上的薄活性物质；和很大的波型区域的激光谐振器。
此外，本发明还解决了几个问题。第一，为了用LED来实现泵浦，腔损耗需要，并优选保持在一个最小值，以保持阈值泵浦密度比较低，可使用的泵浦光优选应当有效使用。另外，为了降低激光阈值，需要选择一个能使腔损耗最小化的激光器结构。使用高精密垂直腔表面发射激光器(VCSEL)结构会使功率密度阈值低于5W/cm2(见共同未决申请U.S.专利申请公开No.0171088，2002.11.21公开，标题“控制垂直激光腔的不连贯发光设备装置”，Keith B.Kahen等人)。结果，实际上有机激光器设备可以使用各种容易得到的非相干光源，如LED，将其光泵浦而驱动。
第二，较低的最大泵浦密度需求使所用的波型区域非常大，以使功率放大到20mW级甚至更大。第三，优选提供控制侧波型和纵波型的设备。最后，由于有机激光物质的热损坏阈值较低，从有机激光器结构中除去在泵浦操作中产生的热量时必须很小心。
图1显示了薄膜有机激光器10。薄膜有机激光器10包括底物20，其表面沉积了有机激光器膜结构22。光泵浦装置26位于底物20与有机激光器膜结构22相对的一侧。光泵浦装置26发射所需波长和强度的泵浦光27，来激发有机激光器膜结构22以发射激光波长为λ的激光束28。激光波长λ在所需求的激光波长范围内，表示为一个调谐范围。外部反射镜24提供了光回馈，以引起刺激发射，因此就提供了所需的全部激光器部件。产生的发射激光光束32包括通过外部反射镜24的部分激光束28。
下面转到图2，其详细描述了图1中有机激光器膜结构22的实施方案。其他可替代的实施方案将在图4-8中讨论。图2展示了第一有机激光器膜结构22a的横截面。第一有机激光器膜结构22a位于底物20的上面，并包括了底部反射镜42。底部反射镜42优选在薄膜有机激光器10产生的波长范围内具有高度反射，并能在泵浦光27合适有效的波长范围和入射角上透射。厚度为tact的活性区域47位于底部发射镜42上，活性区域47包括了有机增益层48。当泵浦到它的激发态时，有机增益层48提供了光增益，即具有在光增益带宽范围内波长的入射光，通过受激发射得以放大。厚度tact优选在0.1μm至20μm之间。优选使用较厚的层以降低制造时间的成本损失、阈值密度难度以及对空间空穴燃烧的磁化系数。顶泵浦反射镜50位于有机增益层48上，其在泵浦光27的波长下高度反射。顶泵浦反射镜50的目的在于使泵浦光27能两次通过有机增益层48，以增加泵浦光27的吸收比例。顶泵浦反射镜50同样在所需的激光波长范围内透射，优选反射率低于1％。
有机增益层48中的材料的优选分子组成通常是通过高真空热蒸发沉积的小分子量有机基质-掺杂剂混合物。这种基质-掺杂剂混合物的优势在于其对于增益介质产生非常小的未泵浦散射/吸收损耗。有机分子优选小分子量是因为真空沉积物质比旋涂聚合物更均匀。还优选用于本发明的基质物质选自对泵浦光27具有足够吸收，并能够通过Frster能量迁徙，将其绝大部分激发能迁移至掺杂剂物质中。一旦到达其激发态，掺杂剂物质可通过产生激光束28的辐射过程恢复至其基态。
本领域熟练的技术人员很熟悉Frster能量迁徙这个概念，它包括在基质和掺杂剂分子间的无辐射能量迁徙。对于发红光的激光器，有效的基质掺杂剂混合物的例子是，三(8-羟喹啉)铝(Alq)作为基质，[4-(二氰基亚甲基)-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-烯基)-4H-吡喃](DCJTB)为掺杂剂(体积分数为1％)。其他的基质-掺杂剂组合可以用于其他波长发射。例如，发绿光的有用混合物是Alq作为基质以及[10-(2-苯并噻唑基)-2，3，6，7-四氢-1，1，7，7-四甲基-1H，5H，11H-[1]苯并吡喃[6，7，8-ij]喹啉-11-酮](C545T)为掺杂剂(体积分数为0.5％)。其他的有机增益物质也可以是聚合物，如聚亚苯基亚乙烯基衍生物、二烷氧基聚亚苯基亚乙烯基、聚-对-亚苯基衍生物、聚芴衍生物，就如Wolk等人，在共同未决申请US6194119B1，2001.02.27公开，标题“热传递元件和用于形成有机电冷光装置的方法，”所教导的(此处引作参考)。含有有机增益层48的活性区域47接收发射的泵浦光27，并发出激光束28。
底部反射镜42和顶泵浦反射镜50优选为包括交替的高指数层44和低指数层46的介电涂层。高指数层44和低指数层46优选用传统的电子束沉淀法来沉积，例如可以分别是称为TiO2和SiO2的四分之一波长厚度。对于高指数层44也可以用其他的物质，如Ta2O5，以及其他的沉积方法，如喷溅或离子辅助沉积。底部反射镜42在约240℃的温度下沉积。在顶泵浦反射镜50的沉积过程中，温度维持在约70℃，以防止有机活性物质的熔化。
现在回到图1和2，底部反射镜42和外部反射镜24构成了激光谐振器，或外腔。底物20和外部反射镜24相对于光轴是对齐的，并在其之间间隔有定义为腔长度L的距离。腔长度L实质上是光学厚度，即谐振器内每一种物质的折射指数和厚度的乘积的总和。然而在所有实际情况下，由底物20和外部反射镜24之间的空间距离来决定腔长度L，因此，很接近于谐振器的物理长度。最短的谐振器最小长度L等于活性区域厚度tact。在此之下，外谐振器毫无意义。事实上，为了产生对于中等功率的合理波型尺寸，谐振器长度L会大于10mm。
谐振器是用腔损耗来表征的，所述腔损耗是激光从腔中外泻的机理的总和。腔损耗包括了反射镜损耗和内部损耗。反射镜损耗是指在通过谐振器的一次往返中，激光束28(如图2所示)透射通过底部反射镜42(如图2所示)和外部反射镜24(如图2所示)的功率比例。内部损耗是指激光束28在谐振器中往返一次，由于有机激光器膜结构22和谐振器中其他物质的吸收，以及腔内元件表面的反射和散射损耗而损耗的功率比例。
光泵浦装置26发出泵浦光27，其至少具有一个波长可用于激发有机激光器膜结构22，根据基质物质的不同，优选380nm-440nm。光泵浦装置26的特定实施方案将在图9-11中讨论。泵浦光27具有角度和空间强度分布，其是用有机激光器膜结构22的照明度来定义的。优选泵浦光27提供大于阈值功率密度的功率密度。阈值功率密度定义为对于激光束28产生一个往返增益所需的功率密度，等于腔损耗。
为了将LED用作光泵浦装置26的光源，优选阈值功率密度保持低于LED输出的固有亮度值。为了实现这个目标，需要底部反射镜42的反射率大于99％，且外部反射镜24的反射率大于95％。它们的反射率都应该超过这些可能激光波长整个范围内的最小要求。
底物20对于泵浦光27来说是透明的，并优选热导物质。特别在低功率应用时，优选蓝宝石，而石英玻璃，其他的光学玻璃，透明塑料也是可以使用的。底物20也可以具有弯曲表面，其上是有机激光器膜结构22。对底物20特别有益的表面形状是凹球形表面。
谐振器用大量的激光波型来表征，包括主要与发射波长相关的轴波型和描述激光束质量的侧波型。对于本领域技术人员来说这是众所周知的。稳态的谐振器几何形状定义了具有Gaussian横截面的基谐TE00侧波型。在有机激光器膜结构22上，TE00波型由波型半径w1来表征，w1定义为强度下降至束中心峰值强度的1/e2(或者0.135)之处到束中心的距离。
对于稳态两镜球体谐振器结构来说，TE00波型的波型半径w1由众所周知的关系给出(例如可参见，A.E.Siegman，Laser，Unversity Science Books，MillValley，CA，1986)，w12=Lλπg2g1(1-g1g2)]]>(等式1)其中λ是激光的波长，g1和g2分别为底物20和外部反射镜24的g-常数。它们由等式2给出。
g1,2=1-LR1,2]]>(等式2)等式2中R1是底物20的曲率半径，R2是外部反射镜24的曲率半径，假定两个反射镜均是球面或者平面。
w1需要足够大，以产生大功率。类半球体谐振器是一种能够达到此目的的特定谐振器。在该特定实施方案中，底物20是凹球体形，其曲率半径是R1，外部反射镜24是平面的(即R2为无穷大，因此等式1和2中g2＝1)。腔长度L通过等式3中数学表示的解谐Δ设定为比曲率半径R1稍小一点。
L＝R1-Δ(对于稳态谐振器，Δ＞0)(等式3)对于这个特定情况，波型半径W1是由等式4中曲率半径R1和解谐Δ之间的关系决定的。
w12=λRπR1Δ-1]]>(等式4)类半球体谐振器另一个优点是反射镜能比较容易排列。正如前面提及的Siegman的参考文献中所讨论的，排列由相对于光轴侧转化的凹面镜(此时为底物20)简单组成。随后，也可以经测微计，将相对于底物20的(反之亦然)外部反射镜24转化，以得到由等式4所决定的解谐Δ，从而获得所需的波型半径w1。
图3描述了所得波型半径w1与解谐Δ之间的函数关系。曲线36为曲率半径是100mm的类半球体谐振器的解谐和波型半径w1之间的函数关系。曲线38类似地描绘的是曲率半径是200mm的等价谐振器。曲线40类似地描绘的是曲率半径是500mm的等价谐振器。在使用了中等长度的腔的情况下，很明显2mm及稍大一些的波型半径比较容易获得。如果使用较长的谐振器或在谐振器稳定区边界附近操作也可以获得较大的波型半径。图3中，这对应于很小的Δ，其中w1是发散的。
值得重视的是，在该几何学中，活性区域中的波型可以作得很大，这是由于活性区域位于凹面镜上。很早以前就已经知道，通过将整体激光物质置于接近类半球体谐振器中凹面镜的地方，可以降低功率密度。但是其他相关外腔激光器，如前述的光泵浦垂直腔半导体激光器和薄盘激光器，完全是在平板底物上制造的。因此，用这样的激光物质做为腔的末端反射镜，导致Gaussian波型在活性区域具有光束腰，其中，对于合理长度的谐振器，束直径必须小。有机激光物质使得所沉积的曲面底物具有弹性，使我们可以充分利用Gaussian波型在球形谐振器上传播的特殊性质。
本发明也可使用其他稳态激光谐振器。共聚焦谐振器，在所有的末端反射镜上使用了相同的球形反射镜，其中腔的间隔等于曲率半径，在减小有机激光器膜结构22的波型区域的情况下，提供提高的谐振器稳定性。类同心谐振器能用于代替类半球形谐振器，它能在外部反射镜24上提供更大的波型区域，以及通过向外部反射镜底物施加光学功率，使激光束28校准的能力。但这些由类同心谐振器带来的提高由排列更为困难以及装置的稳定度降低而抵消了。最后，有两个以上反射镜的谐振器，诸如环谐振器或带有折叠反射镜的谐振器是本领域已知的，也可包含在本发明的范围中。
不稳态谐振器也是公知的，并包含在本发明的范围中。然而，因为不稳态谐振器通常是以高腔损耗为特征的，所以它们通常不是本发明中为保持低阈值泵浦密度所要求的高精密腔所希望的。
回到图1，现在将讨论侧激光波型的控制。通过两种方式可以实现对于基本TE00的操作。第一，提供能移除所有的高阶波型的窗孔30。如果窗孔30是圆形的，所有的高阶波型会比基谐波型经历更多的衍射损失。正如本领域技术人员公知的那样，应当选择窗孔30所具有的孔半径，以对TE00波型有相当低的损耗，对TE10波型和高阶波型有更高的损耗，对它们的抑制要有足够的损耗差值。正如前面提及的Siegman的参考文献中讨论的，将常用的粗略估计用于窗孔30，其孔直径是πw2，其中w2是窗孔30处的波型半径。对于带有位于外部反射镜24附近的窗孔的稳态谐振器而言，波型半径w2由等式5所决定。
w22=Lλπg1g2(1-g1g2)]]>(等式5)在这个特定激光器系统中，大的洞实际上是优选的，直径要接近4w2，这样基本波型的腔损耗可以保持最小，以降低阈值。
侧波型的控制可以通过使泵浦光27的空间强度分布和有机激光器膜结构22上激光束28的所需空间强度分布匹配来实现。因为激光的泵浦速率与有机激光器膜结构22上的泵浦光27的空间强度是成比例的，激发分布因此定义为有机激光器膜结构22上泵浦光27的空间强度分布。例如，如果需要波型半径w1的TE00波型，光泵浦装置就要产生，实质上是波型半径为w1并排列成所需TE00波型的Gaussian波型的激发分布。这种有效的温和Gaussian洞，能结合或代替窗孔30使用。
在薄膜有机激光器10中，提供了波长调谐元件34。波长调谐元件34可以把薄膜有机激光器10的波长调谐到规定的范围。波长调谐元件34可以是，例如，双折射调谐元件或楔形Fabry-Perot标准量具，二者均是现有技术中众所周知的。或者，对本领域的技术人员来说，如果调谐不是薄膜有机激光器10所希望的特征，而需要线性的偏振输出束时，波长调谐元件34就要被Brewster窗替代。
图4是第二有机激光器膜结构22b的横截面。第二有机激光器膜结构22b位于底物20上，用于接收泵浦光27，以产生激光束28。第二有机激光器膜结构22b包括了底部反射镜42，以及含有单有机增益层48的活性区域47。底部反射镜42与第一有机激光器膜结构22a中的相同，为简化起见，在图4中描述为单层。
第二有机激光器膜结构22b与第一有机激光器膜结构22a的不同之处在于在活性区域上提供内部反射镜60替代了顶泵浦反射镜50。内部反射镜60与顶泵浦反射镜50在物质成分和制造技术上相似。但是，内部反射镜60是用来提供所需的激光波长范围的部分反射Rint。
得到的耦合腔定义了厚度与活性区域厚度tact相同的第一谐振器。第一谐振器的光学长度等于有机增益物质的折射指数乘以tact，加上各底部反射镜42和内部反射镜60的穿透深度。穿透深度与反射相位移相关，正如本领域技术人员所知道的那样，可通过标准薄膜分析技术获得，而这也是本领域技术人员所公知的。内部反射镜60和外部反射镜24之间的间隙定义了第二谐振器。
因此，使用第二有机激光器膜结构22b的薄膜有机激光器10是耦合腔结构。耦合腔结构的物理细节是现有技术(M.H.Rose等人，Physical ReviewA，Vol.46，No.1 The American Physical Society，1992，pages603-611)。其后是耦合腔激光器原理的基本描述。
图4详细描述了通过循环激光束28的反射产生的驻波62。入射和反射激光束28的干涉引发了驻波62。因此，驻波62的周期是活性区域47上激光波长的一半。第一谐振器与Fabry-Perot标准量具完全一致。换句话说，使用第二有机激光器膜结构22b的薄膜有机激光器10能在一个或多个激光波长下操作，对于所述波长，第一和第二谐振器所具有的光学长度接近于半波长的整数。因为对于谐振器，波的邻谐振峰波长之间的距离与谐振器长度是成反比例的，短的谐振器通常具有分的很开的纵波型。所以，第一谐振器，其光学长度通常为几微米或更少，用于限制可能的激光波长范围。事实上，第一谐振器被设计为，在有机激光物质的增益频宽中，只存在一个谐振峰。
实际上，第一和第二谐振器的谐振具有与内部反射镜60的反射率相关的有限光谱宽度。使用第二有机激光器膜结构22b的薄膜有机激光器10随之趋向于在单激光波长下操作，所述波长提供了第一和第二谐振器的谐振的最佳重叠，并落在最接近有机增益层48的增益曲线的峰处。
如果需要可调谐波长激光器，第一有机激光器膜结构22a是优选的实施方案。第二有机激光器膜结构22b的波长选择性破坏了对于使用前述调谐装置进行波长调谐的尝试。通过控制第二有机激光器膜结构22b的温度，从而通过热膨胀和dn/dT来改变第一谐振器的光学长度，只能得到很小的调谐范围。
如果波长调谐是不希望的，并且在谐振器中没有使用波长选择元件，那么第二有机激光器膜结构22b优选用于大多数应用。第一有机激光器膜结构22a对空间烧孔敏感，可以使大量的激光波长操作和导致波型分配噪声。在一些应用中，尤其是需要低相干性时，这是可以接受的，甚至是希望的。例如使用光阀的显示器系统，其中显示器对高频激光噪声不敏感，并且宽激光波长范围对减少散斑是有益的。
图5所示的是第三有机激光器膜结构22c的横截面。第三有机激光器膜结构22c在底物20上提供，并接收泵浦光27以产生激光束28。第三有机激光器膜结构22c包括底部反射镜42、活性区域47、和顶泵浦反射镜50。底部反射镜42和顶泵浦反射镜50与第一有机激光器膜结构22a中用的完全一致。尤其，顶泵浦反射镜50用于透射激光波长的可能范围。或者，内部反射镜可以替代顶泵浦反射镜50，以产生该实施方案的耦合腔变型。
第三有机激光器膜结构22c与第一有机激光器膜结构22a的区别在于活性区域47是通过谐振周期增益表征的。活性区域47包含一个或多个周期增益区域72，并且有机间隔层74沉积在周期增益区域72的两边，并且其排布使周期增益区域72和驻波62的峰一致。这在图5中已经阐明，其中激光的驻波62简略的画出。由于受激发射在驻波峰上最强，并能在驻波节点上忽略不计，这是形成图5所示的活性区域47一个内在的优势。
有机间隔层74不产生受激或自发的发射，也不能有效地吸收激光束28或泵浦光27。用于间隔层74的物质的一个例子是有机物质1，1-双-(4-双(4-甲基-苯基)-氨基-苯基)-环己烷(TAPC)。由于TAPC在激光波长或泵浦光波长内多数不发生吸收，因此是很好的间隔物质，此外，它的折射率比大部分的有机基质物质要稍低一些。这种折射率的差别是有用的，因为其有助于实现驻波峰和周期增益区域72重叠的最大化。
用周期增益区域替代整体增益区域可以得到更高的功率转化效率，并有效降低了不希望的自发发射。这种增益区域的替代是通过使用光学的标准阵列方法测定的(Corzine等，IEEE Journal of Quantum Electronics，Vol.25。No.6。June1989)。为了获得较好的结果，周期增益区域72的厚度需在50nm及以下，以避免不希望的自发发射。
用周期增益区域替代整体增益区域的另一个优势是，尤其对外谐振器概念，可以显著地降低空间烧孔诱发的波型跃迁。这个已经在Caprara等的US6097742中提及，2000.08.01公开，标题“高能外腔光泵浦半导体激光器”。
有机激光器膜结构22的上述实施方案使用了有机增益物质的单一分子组成，即单一的基质-掺杂剂组合。正如前述的有机激光器膜结构22的三个实施方案所述，可以使用，例如有机增益物质的多分子组成，以便通过在具有很大的自由光谱范围的谐振器中使用波长选择元件，从而得到很宽的调谐范围。或者，可以使用有机增益物质的多分子组成，以同时产生两个或更多分得很开的波长。一个相关的例子就是白色激光可在单束光中同时发射两个或多个波长，然后在色隙中混合，得到白色。此例的一个优选实施方案是使用波长不同的红、绿和蓝三个光谱区。或者，来自青色和红色光谱区或者来自蓝色和黄色不同光谱区的两个波长也可以。
图6所示的是第四有机激光器膜结构22d的横截面。第四有机激光器膜结构22d在底物20的上面，并接收泵浦光27，以产生激光束28。第四有机激光器膜结构22d包括底部反射镜42、活性区域47和顶泵浦反射镜50。第四有机激光器膜结构22d与第一有机激光器膜结构22a的区别在于活性区域47含三种不同的整体有机增益层，所述有机增益层含有对于三种不同激光波长范围的分子组成(有机基质-掺杂剂组合)。活性区域47在底部反射镜42上提供具有第一分子组成的第一有机增益层80a，在第一激光波长范围内提供增益。具有第二分子组成的第二有机增益层80b，位于第一有机增益层80a上，并在第二激光波长范围内提供增益。具有第三分子组成的第三有机增益层80c，位于第二有机增益层80b和顶泵浦反射镜50之间，并在第三激光波长范围内提供增益。第四有机激光器膜结构22d中的底部反射镜42优选对第一、第二和第三激光波长范围内的波长具有高度反射，同时透射泵浦光27。相反地，顶泵浦反射镜50优选对第一、第二和第三激光波长范围内的波长具有高度透射，同时反射泵浦光27。或者，顶泵浦反射镜50能被内部反射镜替换，以产生该激光器的耦合腔变体，所述内部反射镜对第一、第二和第三激光波长范围内的波长有不完全反射。
图7所示的是第五有机激光器膜结构22e的横截面，其特征为谐振周期增益区域。第五有机激光器膜结构22e位于底物20上并接收泵浦光27，以产生激光束28。第五有机激光器膜结构22e包括底部反射镜42、活性区域47和顶泵浦反射镜50。第五有机激光器膜结构22e在不同的周期增益区域上还包括三种不同的分子组成(有机基质-掺杂剂组合)。第一周期增益区域90a包含具有第一分子组成的物质，在第一激光波长范围内提供光学增益。第一驻波强度图形92a已简略的画出，并且对应于在第一激光波长范围内的激光波长的驻波。第一周期增益区域90a实质上与第一驻波强度图形92a的峰是重叠的。
第五有机激光器膜结构22e的活性区域47还含有第二周期增益区域90b，所述第二周期增益区域90b包含具有第二分子组成的物质，在第二激光波长范围内提供光学增益。第二驻波强度图形92b已简略的画出，并且对应于在第二激光波长范围内的激光波长的驻波。第二周期增益区域90b实质上与第二驻波强度图形92b的峰是重叠的。
第五有机激光器膜结构22e的活性区域47还包括第三周期增益区域90c，所述第三周期增益区域90c包含具有第三分子组成的物质，在第三激光波长范围内提供光学增益。第三驻波强度图形92c已简略的画出，并对应于在第三激光波长范围内的激光波长的驻波。第三周期增益区域90c实质上与第三驻波强度图形92c的峰是重叠的。
在含有第一、第二和第三周期增益区域90a、90b和90c的层之间的区域被有机间隔层74填充。控制有机间隔层74的厚度，使第一、第二和第三周期增益区域90a，90b，90c在第一、二和三驻波强度图形92a、92b和92c峰的合适位置定位。
根据图7，第一激光波长范围在光谱的蓝色部分内，第二激光波长范围在光谱的绿色部分内，以及第三激光波长范围在光谱的红色部分内。这样的一个构造可被用于，例如全色显示或印刷系统中。但显然，可以用相同的概念理解两色或者三色以上的使用。
第五有机激光器膜结构22e的底部反射镜42优选对第一、第二和第三激光波长范围内的波长跨度具有高反射，同时对泵浦光27透射。相反地，顶泵浦反射镜50优选对第一、第二和第三激光波长范围内的波长跨度具有高度透射，同时反射泵浦光27。或者，顶泵浦反射镜50可以被内部反射镜替换，以产生该激光器的耦合腔变体，所述内部反射镜对第一、第二和第三激光波长范围内的波长跨度有不完全反射。
图8所示的是第六有机激光器膜结构22f的横截面，其特征是具有不同有机增益物质的分子组成的三个不同的活性区域。第六有机激光器膜结构22f位于底物20上，并且接收泵浦光27，以产生激光束28。第六有机激光器膜结构22f包括底部反射镜42和顶泵浦反射镜50。第六有机激光器膜结构22f与第五有机激光器膜结构22e的不同点在于，提供三个不同的活性区域，以对三个不同激光波长范围产生光学增益。第一活性区域100a在底部反射镜42上。第六有机激光器膜结构22f中的底部反射镜42对于第一激光波长范围具有高反射，并对泵浦光27基本透射。第一活性区域100a包括第一周期增益区域90a，所述第一周期增益区域90a含有具有第一分子组成的物质，在第一激光波长范围内提供光学增益。第一周期增益区域90a通过间隔层74隔开，使第一周期增益区域90a定位于接近第一驻波强度图形92a的峰处。第一驻波强度图形92a，如图8中所示，是在第一激光波长范围内的激光波长上产生的驻波图形。
在第一活性区域100a上提供第一反射镜102。第一反射镜102由与第一有机激光器膜结构22a的顶泵浦反射镜50相同的物质的层组成，并用相同的工艺进行沉积。第一反射镜102高度透射第一激光波长范围内的波长，但对第二激光波长范围内的波长具有高度反射。或者，第一反射镜102对第一激光波长范围内的波长具有不完全反射，使此激光器的耦合腔变体成为可能。希望第一反射镜102也对泵浦光27基本透射。
在第一反射镜102上提供第二活性区域100b。第二活性区域100b包括第二周期增益区域90b，所述第二周期增益区域90b包含具有第二分子组成的物质，在第二激光波长范围内提供光学增益。第二周期增益区域90b通过间隔层74隔开，以使第二周期增益区域90b定位于接近第二驻波强度图形92b的峰处。第二驻波强度图形92b，如图8中所示，是在第二激光波长范围内的激光波长上产生的驻波图形。因为第一反射镜102在第二激光波长范围内的高反射，因此第二激光波长范围内的激光波长不会有效穿透第一活性区域100a。因此，对于具有第六有机激光器膜结构22f的薄膜有机激光器10而言，用于第二激光波长范围内的激光波长的激光谐振器位于第一反射镜102和外部反射镜24之间。
在第二活性区域100b上提供第二反射镜104。第二反射镜104由与第一有机激光器膜结构22a的顶泵浦反射镜50相同的物质的层组成，并用相同的工艺进行沉积。第二反射镜104对于第一和二激光波长范围内的波长高度透射，但对第三激光波长范围内的波长高度反射。或者，第二反射镜104对第二和/或第一激光波长范围内的波长不完全反射，使得此激光器的耦合腔变体可行。还希望第一反射镜102对于泵浦光27基本透射。
在第二反射镜104上提供第三活性区域100c。第三活性区域100c包括第三周期增益区域90c，所述第三周期增益区域90c包含具有第三分子组成的物质，在第三激光波长范围内提供光学增益。第三周期增益区域90c通过间隔层74隔开，以使第三周期增益区域90c定位于接近第三驻波强度图形92c的峰处。第三驻波强度图形92c，如图8中所示，是在第三激光波长范围内的激光波长上产生的驻波图形。因为第二反射镜104在第三激光波长范围内高度反射，因此第三激光波长范围内的激光波长不会有效穿透第一或第二活性区域100a和100b。因此，对于具有第六有机激光器膜结构22f的薄膜有机激光器10而言，用于第三激光范围内的激光波长的激光谐振器，位于第二反射镜104和外部反射镜24之间。
在第三活性区域100c上提供顶泵浦反射镜50。顶泵浦反射镜50由与第一有机激光器膜结构22a的顶泵浦反射镜50相同的物质的层组成，并用相同的工艺进行沉积。顶泵浦反射镜50对第一、第二和第三激光波长范围内高度透射，但对泵浦光27高度反射。或者，顶泵浦反射镜50对第一、第二和/或第三激光波长范围不完全反射，使此激光器的耦合腔变体可行。
图8中，第一激光波长范围包括了可见光谱的红色部分，第二激光波长范围包括了可见光谱的绿色部分，而第三激光波长范围包括了可见光谱的蓝色部分。例如，如果各有机基质-掺杂剂混合物的基质物质对从由特定基质-掺杂剂混合物提供的激光波长范围微小蓝移的光谱范围具有吸收，那么这样的构型是有效的。例如，在红激光波长区域发射的基质-掺杂剂中的基质在绿光区域被吸收。此时，将基质限定到第一活性区域100a，以及具有包含光谱绿色部分的第二激光波长区域，确保绿光没有被基质吸收。
继续本例，在绿激光波长区域发射的基质-掺杂剂混合物中的基质可在蓝光区被吸收。此时，将基质限定到第二活性区域100b，并具有含光谱蓝色部分的第三激光波长区域，确保蓝光没有被基质吸收。因此，由于激光吸收引起的腔损耗被最小化。
有机激光器膜结构的六个实施方案已经很详细地描述。六个有机激光器膜结构22a-22f的许多组合都是可行的，并视为落入本发明的范围中。例如，22c中的具有谐振周期增益的有机激光器膜结构可以象22b那样带有内部反射镜，以形成具有谐振周期增益的耦合腔激光器。类似地，使用多种类型的有机增益物质的实施方案的结合也视为落入本发明的范围内。
现在将详细描述光泵浦装置26的具体实施方案。图9显示了含有LED阵列110的第一光泵浦装置26a。LED阵列110包括大量在蓝紫色光谱范围发射的发光二极管112(LED)。提供LED驱动电子装置116，用来激发LED112。在激发后，LED112在用于泵浦有机激光器膜结构22的波长下发射出泵浦光27。LED阵列110立即被置于底物20的后面，以使泵浦光27的传播最小化。单独的LED112产生具有特征强度和角度分布的光。有机激光器膜结构22中的泵浦密度是通过LED112充填密度(决定LED阵列110的平均强度)，以及光由于短传播引起的从LED阵列110，通过底物20向有机激光器膜结构22的传播而测定的。
可用于泵浦Alq的LED112的相关例子是紫外LED，如Cree生产的(尤其是XBRIGHT900 Ultra Violet ChipLED)。这些光源发射出集中在约405nm波长的光，并已知用于在晶片形式中产生20W/cm2级的功率密度。高精度和低内损耗的激光谐振器的使用使得在非常低的阈值(功率密度低于0.1W/cm2)下激光跃迁。因此，即使考虑由设备包装及LED的延伸角发射分布引起的利用效率的限制，LED的亮度还是足够以激光阈值之上的水平多次泵浦激光腔。低阈值使得可以使用非相干光源替代在其他激光器体系中常规使用的激光二极管的聚焦输出，用于泵浦。
为了在有机激光器膜结构22中将泵浦区域匹配至所需的Gaussian波型区域，LED阵列110应当具有与所需的Gaussian波型区域匹配的尺寸和形状。对于薄膜有机激光器10-其中提供窗孔30用于波型控制-而言，足以将LED112排布为半径约等于w1的环形LED阵列110。LED的驱动电子装置116由与全部LED112并接的简单的DC电压源构成，因此所有LED112发射出几乎相同的光能。
然而，如前讨论，在本发明的实施方案中，激发分布与泵浦光27的强度分布成比例，其优选和Gaussian波型的形状近乎重叠以提供侧波型控制。为了使用第一光泵浦装置26a达到这个目的，优选将LED阵列110中的单个LED112驱动为彼此不同的级别，以产生所需的强度分布。例如，对于TEM00侧波型，由LED112发射的强度将在LED阵列110中心的最大强度下驱动。其他的LED112，根据它们与LED阵列110中心的距离不同，在比最大值按比例降低的强度下，按近似的Gaussian方式进行驱动。
为了能实现激发分布成形，LED驱动电子设备116优选，对不同的LED112提供不同的驱动电压。实现这个目的的一个办法是多个电压源，其中各电压源在相同的级别上驱动LED阵列110中的一个或多个LED112。实现该目的的另一个办法是采用单电压源与电压分流器回路阵列的结合，每一电压分流器回路都含有可变电阻器或提供所需电压比的预选电阻器，以产生所需泵浦强度分布。
第一光泵浦装置26a的一个优点在于，可以采用上述装置容易地控制激发分布。上面的例子就是用泵浦强度分布来产生TEM00Gaussian波型。然而，可以将激发分布定形，以产生高阶横波型或多级横波型的组合。
一个重要的例子是，用多波型激光束生成单波型，所述多波型激光束在单波型方向具有单Gaussian侧波型，并用在多波型方向上的大量侧波型表征，其与单波型方向正交。多波型激光束产生的单波型对于耦合一维空间光调幅器用于显示器或印刷系统是有用的。为了实现这一目的，可以通过控制各LED112的驱动电压，使激发分布在单波型方向上基本成形为Gaussian形状，以及控制在多波型方向上结合侧激光波型所需的强度分布。如果谐振器内包括窗孔30，窗孔30可以被延伸，这样仅使得最低阶的Gaussian波型在单波型方向上传送，但所需数量的侧波型被允许在多波型方向上传送。窗孔30中孔的形状可以是延长的矩形或椭圆，或者狭缝。
单独调制泵浦LED112以达到所需要的激发分布的一个替代方式是驱动所有的LED，以产生均匀的输出，并在LED阵列110和底物20之间提供变迹过滤器(apodizing filter)(未画出)。变迹过滤器对泵浦光有空间变化衰减作用，这样，衰减产生了所需的泵浦强度分布。一个例子可以是金属的中性密度过滤器，具有放射状变化的金属厚度，产生具有环形Gaussian分布的衰减。
图10是第二光泵浦装置26b。第二光泵浦装置26b包括LED阵列110，其包括大量的LED112。通过LED驱动电子设备116激发LED112，以发射泵浦光束114。小透镜阵列120被置于LED阵列110之后，用一个小透镜收集由单LED112发射的光。透镜122在小透镜阵列120后，将泵浦光27引向底物20的后侧，以形成LED112在有机激光器膜结构22上的重叠映象。
或者，可以使用类似的排列，因此透镜122将小透镜阵列120中的每个小透镜的入口面上的强度分布在有机激光器膜结构22上成像。此时，小透镜不必和LED一对一的匹配，并且在具有小透镜形状所给出的形状的区域上得到均匀的激发分布。对于多波型状态的单波型，小透镜可以是圆柱形，这样，均匀分布对小透镜产生按多波型方向排列的功率，并且原始LED强度分布在单波型方向上产生接近Gaussian的泵浦强度分布。或者，通过将在透镜122和底物20之间，优选接近底物20，提供的变迹过滤器(未示出)均一化和照明，可以得到所需的激发分布。
选择透镜122，以将LED在具有给定放大率的有机激光器膜结构22上成像。因此，给定LED活性区域和所需的激光波型区域后，选择透镜122，以确保正确的波型区域，而不用考虑LED阵列110的大小。LED驱动电子装置116可以同等地驱动各LED 112，这是由于LED阵列110中LED 122之间的输出强度变化不影响在有机激光器膜结构22上的泵浦强度分布。由此，LED驱动电子装置116可以包含用于第二光泵浦装置26b的简单DC电压源。
图11所示的是第三光泵浦装置26c，其中使用了白炽灯。第三光泵浦装置26c包含灯130，当通过电源132驱动时，产生具有至少一个用于光泵浦的波长的光束134。提供光谱过滤器136，用来移除光束134中任何不需要的光谱成分。光谱过滤器136可以反射或吸收灯130产生的对光泵浦无用的波长，同时透射含泵浦所需波长的泵浦光27。泵浦光27照射底物20，并被有机激光器膜结构22吸收。为了提供所需的激发分布，可以在灯130和底物20之间提供变迹过滤器(未画出)。
一种对泵浦Alq有用的灯130的例子是汞高强度放电灯，其可以从很多供货商购买，如Osram和Perkin-Elmer。汞灯可以在404.7nm和435.8nm产生对泵浦有机激光物质有用的光谱线。要求光谱过滤器136将184.9nm、253.7nm、312.9nm、365.4nm、546.1nm和578.0nm上的光谱线除去。光谱过滤器136可以包括，但并不限于紫外吸收玻璃衬底，如从Schott或Coming得到，其吸收184.9nm到365.4nm的波长，使用透射所需的404.7nm和435.8nm波长并反射不需要的546.1nm和578.0nm波长的两色低通滤波器。
图11所示的是最简单的实施方案，其中使用了产生光束134的抛物线形反射器131，使用与激光束28所需波型匹配的半径基本上使所述光束134准直。实际上，为了得到所需的波型半径，可以使用较小的光束134，并通过传播所要求的距离来扩散。这样也有助于除去光束中央由于灯130中的遮蔽而出现的任何暗点。或者，在灯130和底物20之间放置一个散射器，用于扩散光束134并移除所有暗点。散射器也可以扩散表面处理的方式位于与有机激光器膜结构22相对的底物20表面。最后，也可以提供透镜，用来产生所需的泵浦尺寸。
或者可以使用带有椭圆反射器(未画出)的灯130，产生会聚光束134。可以将光束会聚至有机激光器膜结构22上的细丝或弧线的映象。或者，可以提供透镜和/或散射器(未画出)，以提供适合的按所需比例放大的细丝和弧线的弱反差图像，用于匹配激光束28的所需半径w1。或者，还可以提供透镜(未画出)，以使光束134准直，以产生具有所需半径w1的准直泵浦光27。
图12所示的是第四光泵浦装置26d，其中使用了激光阵列。激光泵浦与LED或灯泵浦相比，通常是不希望的，这是由于涉及泵浦激光源的成本。但是，如果薄膜有机激光器10具有导致泵浦阈值密度的损耗，那么就需要激光泵浦，所述泵浦阈值密度受到非相干LED或灯泵浦源的固有亮度限制。
第四光泵浦装置26d包括了含有大量泵浦激光器142的泵浦激光阵列140。提供激光驱动器144，用来激发每个泵浦激光器142以在适于泵浦有机激光器膜结构22的波长下发出泵浦激光146。泵浦激光146通过小透镜阵列120收集，并且将来自各泵浦激光器142的贡献与透镜122合并。得到的泵浦激光27是来自单个泵浦激光器142的重叠作用，所述单个泵浦激光器142在有机激光器膜结构22上产生所需的激发分布。
泵浦激光阵列优选是多发射器光栅，其包括宽纹边缘发射GaN激光二极管，能产生大约405nm波长的激光。或者，可以使用单独包装的GaN激光二极管，如连成光纤。此时，泵浦激光阵列140可以包含，在线性阵列中保持光纤输出面为V形的阵列。
或者，单激光源可被用于泵浦。在此实施方案中，不需要小透镜阵列120，透镜122简单地将泵浦激光束排列为所需激发分布所要求的尺寸。然而，现在常用的GaN激光二极管不能提供由薄膜有机激光器10产生中等功率水平所必须的能量。氮气激光器可以被用于泵浦激光阵列140，但由于这样的激光器成本高且效率低，因此是不希望的。
一种薄膜有机激光器，包括a)底物；b)在底物上放置的底部反射镜；c)在底部反射镜上沉积的至少一个活性区域，其中至少一个活性区域包括有机增益物质；d)位于至少一个活性区域上的反射率为Rint的内部反射镜，使底部反射镜和内部反射镜结合构成第一激光谐振器；e)在距离至少一个活性区域的预定距离放置的外部反射镜，这样，底部反射镜与外部反射镜结合构成第二激光谐振器；以及e)光泵浦装置，用于激发有机增益物质，产生波长为λ的激光输出和至少一个侧激光波型。
薄膜激光器，其中第一和第二激光谐振器提供了单波长λ的选择。
薄膜有机激光器，进一步包括f)具有可选择大小的孔的窗孔，用于控制至少一个侧激光波型。
薄膜有机激光器，其中，可选择大小的孔是圆形的。
薄膜有机激光器，其中可选择大小的孔的直径与至少一个侧激光波型相关。
薄膜有机激光器，其中可选择大小的孔是伸长的，使多个侧激光波型在一个方向透射，并且单个侧激光波型在另一个方向透射。
薄膜有机激光器，其中光泵浦装置提供了对相应于至少一个侧激光波型的有机增益物质的激发，这样，使激发分布与至少一个侧激光波型的强度分布重叠。
薄膜有机激光器，其中激光束包括含有垂直于活性区域的强度图形的驻波。
薄膜有机激光器，其中活性区域包括a)与强度图形的峰对准的多个有机增益物质的薄层；和b)多个间隔层，以分隔多个有机增益物质的薄层。
薄膜有机激光器，其中至少一个活性区域包括，多个不同分子组成的有机增益物质，这样，各个不同分子组成的有机增益物质具有相应的激光波长范围。
薄膜有机激光器，其中多个不同分子组成的有机增益物质是小分子量的有机基质-掺杂剂组合。
薄膜有机激光器，其中多个不同分子组成的有机增益物质选自三(8-羟喹啉)铝(Alq)、[4-(二氰基亚甲基)-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-烯基)-4H-吡喃](DCJTB)和[10-(2-苯并噻唑基)-2，3，6，7-四氢-1，1，7，7-四甲基-1H，5H，11H-[1]苯并吡喃[6，7，8-ij]喹啉-11-酮](C545T)。
薄膜有机激光器，其中多个不同分子组成的有机增益物质对应于至少一个活性区域中的多个驻波峰独立排列。
薄膜有机激光器，其中光泵浦装置是选自发光二极管(LED)、灯和激光器的光子源。
薄膜有机激光器，其中光泵浦装置包括单独寻址的发光二极管的阵列。
薄膜有机激光器，其中调节单独寻址的发光二极管，以产生重叠至少一个侧激光波型的强度分布的泵浦强度分布。
薄膜有机激光器，光泵浦装置进一步包括与光子源协同的小透镜阵列。
薄膜有机激光器，光泵浦装置进一步包括具有空间变化衰减作用并位于光子源和底物之间，以产生重叠至少一个侧激光波型的强度分布的泵浦强度分布的变迹过滤器。
薄膜有机激光器，其中底物具有曲率半径是R1的球形表面。
薄膜有机激光器，其中距活性区域的预定距离为R1-Δ，其中Δ为0到0.01R1。
权利要求
1.一种薄膜有机激光器，包括a)底物；b)在底物上提供的底部反射镜；c)在底部反射镜上沉积的至少一个活性区域，其中至少一个活性区域包括有机增益物质；d)在距离至少一个活性区域的预定距离放置的外部反射镜，使得底部反射镜与外部反射镜结合构成激光谐振器；和e)光泵浦装置，用于激发有机增益物质以产生波长为λ的激光束和在激光谐振器中的至少一个侧激光波型以及激光输出。
2.如权利要求1所述的薄膜有机激光器，其中外部反射镜与活性区域的预定距离大于活性区域的厚度tact。
3.如权利要求1所述的薄膜有机激光器，其中外部反射镜与活性区域的预定距离大于10mm。
4.如权利要求1所述的薄膜有机激光器，进一步包括f)在活性区域和外部反射镜之间提供的双折射调谐元件。
5.如权利要求4所述的薄膜有机激光器，其中双折射调谐元件对波长λ进行调谐。
6.如权利要求1所述的薄膜有机激光器，进一步包括f)在活性区域和外部反射镜之间提供的Fabry-Perot标准量具。
7.如权利要求6所述的薄膜有机激光器，其中Fabry-Perot标准量具对波长λ进行调谐。
8.如权利要求1所述的薄膜有机激光器，进一步包括f)带有可选择大小的孔的窗孔，用于控制至少一个侧激光波型。
9.如权利要求8所述的薄膜有机激光器，其中可选择大小的孔是圆形的。
10.如权利要求8所述的薄膜有机激光器，其中可选择大小的孔的直径与至少一个侧激光波型相关。
11.如权利要求8所述的薄膜有机激光器，其中可选择大小的孔是伸长的，使多个侧激光波型在一个方向透射，并且单个侧激光波型在另一个方向透射。
12.如权利要求1所述的薄膜有机激光器，其中光泵浦装置提供了对相应于至少一个侧激光波型的有机增益物质的激发，使激发分布与至少一个侧激光波型的强度分布重叠。
全文摘要
一种薄膜有机激光器，包括底物；在底物上放置的底部反射镜；在底部反射镜上沉积的至少一个活性区域，其中至少一个活性区域包括有机增益物质；在距离至少一个活性区域的预定距离放置的外部反射镜，底部反射镜与外部反射镜结合构成激光谐振器；以及光泵浦装置，用于激发有机增益物质，产生波长为λ的激光束和在激光谐振器中的至少一个侧激光波型和激光输出。
文档编号H01S3/16GK1497800SQ200310102779
公开日2004年5月19日 申请日期2003年10月16日 优先权日2003年10月16日
发明者B·E·克鲁施维茨, F·J·杜尔特, A·F·库尔茨, J·P·斯庞霍维, B E 克鲁施维茨, 库尔茨, 斯庞霍维, 杜尔特 申请人:伊斯曼柯达公司