(57)【要約】【課題】有機可変ＶＣＳＥＬの可変範囲の面での大きな利点を保持しながら、有機可変ＶＣＳＥＬのレーザ光モードの制御と波長制御を改善する。【解決手段】有機レーザキャビティデバイスから放出された光波長を機械的に可変するシステムで、光子のインコヒーレント発生源によってポンプされる多層薄膜構造３００を備え、多層薄膜構造３００に近接し、有機レーザキャビティデバイスのキャビティ長を変化させるマイクロ電子加工ミラーアセンブリ３１０を備えるシステムによって上記課題を解決できる。【選択図】図４ａ
2004140371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　有機レーザキャビティデバイスから放出される光波長を機械的に可変するシステムであって、
　ａ）光子のインコヒーレント発生源によってポンプされる多層薄膜構造と、
　ｂ）前記多層薄膜構造に近接し、前記有機レーザキャビティデバイスのキャビティ長を変化させるマイクロ電子加工ミラーアセンブリと、
　を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
　有機レーザキャビティデバイスから放出される光波長を機械的に可変するシステムであって、
　ａ）励起手段によってポンプされる複数の有機垂直キャビティレーザ装置を備え、前記複数の有機垂直キャビティレーザデバイスが複数の波長の光を提供する有機垂直キャビティレーザデバイス構造と、
　ｂ）前記有機垂直キャビティレーザデバイス構造からの前記複数の波長の光を受け取り、選択された光波長の帯域をシステム出力に向けるミラーアセンブリと、
　を備えることを特徴とするシステム。
【請求項３】
　有機レーザキャビティデバイスから放出される光波長を可変するシステムであって、
　ａ）励起手段によってポンプされる有機レーザキャビティ構造であって、
　　ａ１）サポートと、
　　ａ２）ポンプ光線を受け取り、転送し、所定の波長範囲についてレーザ光を反射する第一の誘電スタックと、
　　ａ３）制御可能な屈折率を有するひとつまたは複数の誘電制御層と、
　　ａ４）前記第一の誘電スタックから伝えられたポンプ光線を受け取り、レーザ光を発生する有機活性領域と、
　　ａ５）前記有機活性領域から伝えられたポンプ光線とレーザ光を反射して前記有機活性領域に戻す第二の誘電スタックとを備え、前記第一と第二の誘電スタックと前記有機活性領域の組み合わせが前記レーザ光を発生する有機レーザキャビティ構造と、
　ｂ）前記誘電制御層の屈折率を制御する手段と、
　を備えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、一般に垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）またはマイクロキャビティレーザの分野に関し、特に、有機マイクロキャビティレーザまたは有機ＶＣＳＥＬに関する。より具体的には、本発明は有機レーザキャビティの波長調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
　無機半導体（ＡｌＧａＡｓ等）をベースとした垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、１９８０年代半ば以降開発されている（キノシタら(Kinoshita et al.), IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-23, No.6, June 1987）。８５０ｎｍで発光するＡｌＧａＡｓベースのＶＣＳＥＬは多くの会社によって製造されるに至っており、寿命も１００年を超えるまでになっている（チョクエッティら(Choquette et al.), Proceedings of the IEEE, Vol. 85, No.11, November 1997）。このような近赤外線レーザの成功を受け、最近では、可視波長範囲で発光するＶＣＳＥＬを製造するために、その他の無機材料を用いたシステムへと注目が移っている（ウィルムセンら(Wilmsen et al.), Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers, Cambridge University Press, Cambridge, 2001）。可視レーザには数多くの用途の可能性があり、その例には、ディスプレイ、光学記憶読取／書込み、レーザ印刷、プラスチック光ファイバを用いた短距離電気通信（イシグレら(Ishigure et al.), Electronics Letters, Vol. 31, No.6, March 16, 1995）がある。多数の工業的又は学術的な研究所による努力にも関わらず、可視スペクトルの範囲の出射光を生成する可視レーザダイオード（エッジエミッタまたはＶＣＳＥＬ）を作成するには多くの課題が残されている。
【０００３】
　可視波長のＶＣＳＥＬを作製するためには、無機ベースのシステムを放棄し、有機ベースのレーザシステムに注目することが有利である。なぜなら、可視スペクトルにおいて、有機ベースの増幅媒体は、無機ベースの増幅媒体より多くの利点を有するからである。たとえば、代表的な有機ベースの増幅媒体は、ポンプを行わない場合の散乱／吸収損失が低く、量子効率が高いという特性を有する。無機レーザシステムに比べ、有機レーザは、製造コストが比較的低く、可視範囲全域にわたって発光させることが可能であり、任意の大きさに拡張でき、最も重要な点としては、単独のチップから複数の波長（赤、緑、青等）を発することができる。最後に、有機レーザは、特に無機レーザと比較し、ゲイン帯域幅が非常に大きい。何年も前から、有機ベースのソリッドステートレーザを実現することに対する興味が高まってきている。レーザ増幅媒体は、ポリマまたは小分子とされてきており、たとえば、マイクロキャビティ（コズロフら(Kozlov et al.)、２０００年１２月１２日発行の米国特許第６，１６０，８２８号「有機共振器表面発光レーザ」）、導波管、リングマイクロレーザ、分散フィードバック（たとえば、クランゼルビンダーら(Kranzelbinder et al.), Rep. Prog. Phys. 63, 729-762, 2000および１９９９年３月９日発行の米国特許第５，８８１，０８３号「ソリッドステートレーザ用材料としての複合ポリマ」も参照）等のさまざまな共振器キャビティ構造が利用されてきた。これら総ての構造に共通の問題は、レーザ発振を実現するために、別のレーザ発生源を使った光ポンプによりキャビティを励起させなければならなかったことである。また、レーザキャビティの電気的励起が好まれる。なぜなら、モジュール構造をより小型化及び簡易化できるからである。
【０００４】
　電気的に励起される有機レーザを実現する上での主な障害は、通常１０-5ｃｍ2／（Ｖ−ｓ）のオーダーという有機材料の小さなキャリア移動度である。このように低いキャリア移動度は、多くの問題を発生させる。キャリア移動度の低いデバイスは、大幅な電流低下とオーム加熱を避けるために、一般的に薄膜での利用に制限される。このような薄い層では、レーザの発振モードが損失の大きい陰極と陽極へと透過する。その結果、レーザ発振閾値を大きく上昇させる（コズロフら(Kozlov et al.), Journal Of Applied Physics, Vol. 84, Number 8, October 15, 1998）。有機材料の電子ホール再結合はランジュバアン(Langevin)再結合（この再結合速度はキャリア移動度によって変化する）に従っているため、低いキャリア移動度は一重項励起子より何十倍も多くの電荷キャリアをもたらすこととなる。その結果、電荷誘導（ポラロン）吸収が重大な損失メカニズムとなる（テスラーら(Tessler et al.), Applied Physics Letters, Vol. 74, No. 19, May 10,1999）。レーザデバイスの内部量子効率が５％として、報告されている最低のレーザ発振閾値として〜１００Ｗ／ｃｍ2（バーグレンら(Berggren et al.), Letters to Nature, Vol. 389, October 2, 1997）を使い、上記の損失メカニズムを無視すると、電気ポンプされたレーザ発振閾値の下限は１０００Ａ／ｃｍ2となる。上記の損失メカニズムを含めると、現在報告されている最高の電流密度である１０００Ａ／ｃｍ2を優に超えるレーザ発振閾値となり、有機デバイスでもサポートできる（テスラーら(Tessler et al.), Advanced Materials, 1998, 10. No.1）。
【０００５】
　これらの問題を回避するひとつの方法が、アモルファス有機材料に代わり、結晶有機材をレーザ発振媒質として使用する方法である。この方法が最近採用された例は、増幅媒体として単結晶テトラセンにより構成されたファブリペロ型共振器がある（ショーンら(Schon et al.), Science, Vol. 289, July 28, 2000）。結晶テトラセンを使用することにより、より大きな電流密度が得られ、より厚い層を用いることができ（なぜなら、キャリア移動度が２ｃｍ2／（Ｖ−ｓ）のオーダとなるため）、ポラロン吸収がはるかに大幅に低減される。増幅媒体として結晶テトラセンを使用することで、室温でのレーザ閾値電流密度が約１５００Ａ／ｃｍ2となった。
【０００６】
　別の有機レーザ用電気ポンプは、無機（マクゲヒーら(McGehee et al.), Applied Physics Letters, Vol. 72, No. 13, March 30, 1998）あるいは有機（バーグレンら(Berggren et al.)による１９９９年３月９日発行の米国特許第５，８８１，０８９号「有機レーザを備える製品」）いずれかの発光ダイオード（ＬＥＤ）のようなインコヒーレント光源による光学的ポンプである。これは、レーザ発振波長における散乱と吸収との複合損失が大幅に低減した（〜０．５ｃｍ-1）光学的ポンプを用いない有機レーザシステムによって可能となる。特に活性媒質としてホストドーパントの組み合わせを使用した場合に顕著である、このような小さな損失の利点を用いても、現時点で報告されている有機レーザに対する光学的ポンプの最低閾値は、導波管レーザデザインに基づいて１００Ｗ／ｃｍ2である（バーグレンら(Berggren et al.), Letters to Nature, Vol. 389, October 2, 1997）。市販されている有機ＬＥＤが提供できる電力密度はせいぜい〜２０Ｗ／ｃｍ2であるため、インコヒーレント光源による光ポンプを利用する別の方法が必要となる。さらに、レーザ発振閾値を下げるために、ゲインの容量を小さくするレーザ構造を選択しなければならない。ＶＣＳＥＬベースのマイクロキャビティレーザはこの基準を満たす。ＶＣＳＥＬベースの有機レーザキャビティを使用は、５Ｗ／ｃｍ2より低い光学ポンプの電力密度の閾値を可能とするはずである。その結果、ＬＥＤ等、容易に入手できるさまざまなコヒーレント光源による光学的ポンプによって、実用的な有機レーザデバイスを駆動できる。
【０００７】
　有機ベースのゲイン媒質には多少の欠点もあるが、レーザシステムを慎重に設計することで、これを克服できる。有機材料は、光学的および熱損傷閾値が低くなる可能性がある。デバイスへの修復不能な損傷をなくすために、ポンプ電力密度が限定されたデバイスとなる。有機材料はさらに、酸素、水蒸気といった各種の環境要因によっても影響を受けやすい。このような可変要因に対する感度を下げる努力により、通常は、デバイスの寿命が延びる。
【０００８】
　有機ベースのレーザの利点のひとつは、増幅媒体が一般的にアモルファスであるため、高い結晶度を必要とする増幅媒体を使ったレーザと比較し（無機材料でも有機材料でも）て安価でデバイスを構成できることである。さらに、単結晶材料のように大きな領域への形成の問題を考慮することなく、有機アモルファス増幅媒体をベースとするレーザは広い面積に製造できる。その結果、任意の大きさに拡張でき、出力が増大する。アモルファスの特性により、有機ベースのレーザはいろいろな基板上に成長させることができ、ガラス、フレキシブルプラスチック、シリコン等の材料でこのデバイスを支持できる。すなわち、コスト面で大きな利点があるだけでなく、アモルファス有機ベースレーザの支持材料選択肢が多い。
【０００９】
　可変無機ＶＣＳＥＬは、当業界で十分に確立されている。各種の特性を伴うさまざまな可変メカニズムが紹介されている。チャン−ハスナイン(Chang-Hasnain)（IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 6, No. 6, November/December 2000）は最近、波長可変ＶＣＳＥＬの進歩について研究している。この記事では、マイクロ加工の可変無機ＶＣＳＥＬが強調されている。連続した波長の可変調は、ソリッドステートレーザ光源、特に無機ＶＣＳＥＬの波長出力の調整を行うマイクロ加工またはマイクロ電子加工（ＭＥＭ）を用いた方法の特徴である。マイクロマシニングによる変形可能な薄膜ミラーを使った無機ＶＣＳＥＬについてでは15nmの可変範囲が記載されている(ラーソンら(Larson et al.), Appl. Phys. Lett. 68(7), February 12, 1996)。可動ミラーデザインの改良により、１９．１ｎｍの可変範囲も実現されている（スギヲ−ら(Sugihwo et al.), Appl. Phys. Lett. 70, February 3, 1997）。このようなＭＥＭによる可変方法の物理的原理は、レーザキャビティの光路長を変化させることである。レーザキャビティの光路長を変えるための最も単純な方法は、レーザキャビティミラーを移動させることである。薄膜レーザにこの可変メカニズムを使用した初期の例は、スマイリー(Smiley)による、１９７１年４月６日発行の米国特許第３，５７３，６５４号「狭帯域可変レーザ発振器アンプ」において開示されている。最近では、ＭＥＭ可変無機ＶＣＳＥＬへの曲面可動ミラー素子の使用が紹介されている。このような構造を用いることにより、広い可変範囲でのシングルモード動作におけるレーザ発振モードの質の制御が改善される。特に、米国特許出願公開２００２／００４８３０１号（ウァンら(Wang et al.)により2002年4月5日出願）、米国特許出願公開２００２／００３１１５５号（タエバチら(Tayebati et al.)により1998年6月26日出願）および米国特許出願公開２００２／００６１０４２号（ウァンら(Wang et al.)により2001年9月28日出願）では、可動ミラーによる調整構造のデザインが詳しく説明されている。
【００１０】
　ＭＥＭデバイスは、回折格子出力カプラ装置と共に使用して、無機レーザキャビティのチューニングに用いられてきた。ジョン・エイチ・ジェーマンら(John H. Jerman)は、米国特許出願公開２００１／００３６２０６号（2001年5月12日出願）の中で、マイクロアクチュエータを使って、Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ構成のレーザの可変に使用されるマイクロミラーの角度を変える方法を述べている。この特定の構造の利点は、波長が調整されると、出射光の方向が固定されることである。このキャビティ構成は、ＭＥＭによる波長制御手段を備えた外部キャビティレーザの一例である。このようなデバイスをＭＥＭ−ＥＣＬデバイスと呼ぶ。Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ構成は、この特許出願公開において開示されている多くのＭＥＭ−ＥＣＬデバイスレーザ構成の一例にすぎない。
【００１１】
　薄膜無機レーザ用のレーザキャビティの光路長を変化させる別の方法も紹介されている。これらの別の方法は、一般に非機械的な性質を持ち、デバイスの一箇所または複数の箇所における屈折率を変化させることによってレーザキャビティの光路長に影響を与える。無機ＶＣＳＥＬは、熱又は熱電のメカニズムとして記述される方法で調整される。このようなメカニズムはどちらも、屈折率の温度依存性を使ってレーザキャビティ内の光路長変化に影響を与える。また、一体化された薄膜ヒータを有する無機ＶＣＳＥＬデバイスを用いて約１０ｎｍの可変範囲が報告されている(ファン(Fan), Electronics Letters, Vol.30,No.17,August 18(1994))。この調整は、完全に熱メカニズムによって実現されている。熱電メカニズムも開示されている(チャン−ハスナインら(Chang-Hasnain et al.), Electronics Letters, Vol.27,No.11,May 23(1991))。このケースでは、無機ＶＣＳＥＬの中に、温度を制御するための構造が追加されている。デバイス内に適正な電流を流すことで、レーザはペルチェ効果で冷却され、レーザ放射の青波長シフトが起こる。他の条件下では、電流によってデバイスが加熱され、レーザ放射赤波長のシフトが起こる。加熱メカニズムによって調整される閾値の低いデバイスも開示されている(ウィピージェウスキーら(Wipiejewski et al.), IEEE Photonics Technology Letters, Vol.5, No.8, August(1993))。さらに、レーザキャビティの自由電子キャリアを集中させることによる可変メカニズム、いわゆるプラズマ効果がある（たとえば、グマチら(Gmachi et al.), Appl. Phys. Lett., 62(3), January 1993参照）。キャリア密度は、屈折率を下げ、レーザ出射波長を短くする。これらのデバイスでは、可変範囲がかなり限定される。この方法はまた、変調に対する周波数応答が限られ、可変率は小さい。
【００１２】
　屈折率の変化を可変に利用する無機ＶＣＳＥＬ波長制御方法がその他数多く報告されている。イー・エイ・アブルチンら(E.A.Avrutin et al.)は、Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓ．ｌｅｔｔ．６３（１８），ｐ．２４６０（１９９３）デバイスの分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）部に屈折率変更層を設けることを開示している(E.A.Avrutin et al., Appl. Phys. Lett. 63(18)p2460,1993)。ＤＢＲは通常、レーザキャビティを画定するエンドミラーのひとつを形成する。
【００１３】
　ＭＥＭデバイスは、レーザキャビティの光路長を変化させるか、あるいは回折格子出力カプラで角度を変化させることによるレーザキャビティの調整において、異なるレーザ発振器の出力を選択するために使用することができる。ビー・ペゼスキーらは、広範囲での可変レーザモジュールを開示している(B.Pezeshki et al., Optical Fiber Communication Conference(OFC) Proceedings Technical Digest Postconference Edition, Volume 70, March,2002, Optical Society of America)。多波長レーザのアレイが、波長可変範囲内の各波長の出射光を発生する。単独のレーザキャビティデバイスの出力は、光学装置とＭＥＭチルトミラーによって選択され、適切に選択された波長の出力を出射光ファイバに向ける。波長選択は、システム内のＭＥＭチルトミラーの角度を制御することで行われる。
【００１４】
　コズロフら(Kozlov et al.)は、米国特許第６，１６０，８２８号（2000年12月12日）において、波長可変機能を有する有機ＶＣＳＥＬデバイスを開示している。上記の無機材料に基づくシステムと同様に、レーザキャビティの光路長を変えて波長の可変を行う。２種類の実施形態が示されている。第一の実施形態では、光ゲインを提供するレーザ有機層がウェッジ形または傾斜層の形状となっている。有機層の厚さは、装置内で横方向に変化する。楔状のデバイスにおいて異なる部分が光ポンプされることによって、異なる波長が出力される。このような有機デバイスのスムーズな可変範囲は、無機デバイスよりはるかに広く、報告によれば、５０ｎｍあるいはそれ以上である。もう一方の実施形態では、第二の（上側の）ミラー素子をデバイス構造の他の部分に対して相対的に移動させて光路長を変化する。キャビティにレンズを組込み、光を第二のミラー素子に向かうよう方向付ける。これらのデバイスの双方において、キャビティの活性容量がポンプ光のスポットサイズによってのみ決定され、レーザ出力の横方向のモードを制御することは困難である。楔状のデバイスにおけるレーザ出力のスペクトル幅は、このようなデバイス構造におけるポンプ光スポットサイズによっても影響を受ける。さらに、レンズがキャビティに組み込まれるケースでは、長さの延長されたキャビティは多くの縦方向のモードを有する。このような構造においては、スムーズなキャビティの調整が困難となる。レンズを追加すると、システムの費用と複雑さが増し、光学アラインメントが困難となる。
【００１５】
【特許文献１】米国特許第６，１６０，８２８号
【特許文献２】米国特許第５，８８１，０８３号
【特許文献３】米国特許第５，８８１，０８９号
【特許文献４】米国特許第３，５７３，６５４号
【特許文献５】米国特許出願公開２００２／００４８３０１号
【特許文献６】米国特許出願公開２００２／００３１１５５号
【特許文献７】米国特許出願公開２００２／００６１０４２号
【特許文献８】米国特許出願公開２００１／００３６２０６号
【非特許文献１】Kinoshita et al., IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-23, No.6, June 1987
【非特許文献２】Choquette et al., Proceedings of the IEEE, Vol. 85, No.11, November 1997
【非特許文献３】Wilmsen et al., Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers, Cambridge University Press, Cambridge, 2001
【非特許文献４】Ishigure et al., Electronics Letters, Vol. 31, No.6, March 16, 1995
【非特許文献５】Kranzelbinder et al., Rep. Prog. Phys. 63, 729-762, 2000
【非特許文献６】Kozlov et al., Journal Of Applied Physics, Vol. 84, Number 8, October 15, 1998
【非特許文献７】Tessler et al., Applied Physics Letters, Vol. 74, No. 19, May 10,1999
【非特許文献８】Berggren et al., Letters to Nature, Vol. 389, October 2, 1997
【非特許文献９】Tessler et al., Advanced Materials, 1998, 10. No.1
【非特許文献１０】Schon et al., Science, Vol. 289, July 28, 2000
【非特許文献１１】McGehee et al., Applied Physics Letters, Vol. 72, No. 13, March 30, 1998
【非特許文献１２】Chang-Hasnain, IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 6, No. 6, November/December 2000
【非特許文献１３】Larson et al., Appl. Phys. Lett. 68(7), February 12, 1996
【非特許文献１４】Sugihwo et al., Appl. Phys. Lett. 70(5), February 3, 1997
【非特許文献１５】Fan et al, Electronics Letters, Vol.30,No.17,August 18,1994
【非特許文献１６】Chang-Hasnain et al., Electronics Letters, Vol.27,No.11,May 23,1991
【非特許文献１７】Wipiejewski et al., IEEE Photonics Technology Letters, Vol.5, No.8, August,1993
【非特許文献１８】Gmachi et al., Appl. Phys. Lett., 62(3), January 1993
【非特許文献１９】E.A.Avrutin et al., Appl. Phys. Lett. 63(18) p2460,1993
【非特許文献２０】B.Pezeshki et al., Optical Fiber Communication Conference(OFC) Proceedings Technical Digest Postconference Edition, Volume 70, March,2002, Optical Society of America
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
　ここで必要なのが、レーザ無機ＶＣＳＥＬに対する有機可変ＶＣＳＥＬの可変範囲の面での大きな利点を保持しながら、有機可変ＶＣＳＥＬのレーザ光モードの制御と波長制御を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
　本発明は、上記のニーズのひとつまたは複数を満たすためのものである。端的に言えば、本発明のひとつの実施形態によると、有機レーザキャビティデバイスから発せられる光学波長を機械的に可変するシステムが提供され、このシステムは、光子のインコヒーレント発生源によるポンプ光を受ける多層薄膜構造を備え、多層薄膜構造付近に有機レーザキャビティデバイスのキャビティ長を変えるマイクロ電子加工ミラーアセンブリを備える。
【００１８】
　本発明の別の実施形態は、有機レーザキャビティデバイスから放出される光波長を機械的に可変するシステムであって、励起手段によってポンプされる複数の有機垂直キャビティレーザ装置を備え、前記複数の有機垂直キャビティレーザデバイスが複数の波長の光を提供する有機垂直キャビティレーザデバイス構造と、前記有機垂直キャビティレーザデバイス構造からの前記複数の波長の光を受け取り、選択された光波長の帯域をシステム出力に向けるミラーアセンブリと、を備えることを特徴とする。
【００１９】
　上記ニーズのひとつまたは複数を満たすよう考案された本発明の別の実施形態によれば、有機レーザキャビティデバイスから発せられる光波長を可変するシステムが提供され、このシステムは、励起手段によってポンプされる有機レーザキャビティ構造を備え、有機レーザキャビティ構造は、サポート、ポンプされ、伝送し、所定の波長範囲の光線を反射するための第一の誘電スタック、制御可能な屈折率を有するひとつまたは複数の誘電制御層、第一の誘電スタックから伝送されたポンプ光を受け、レーザ光を放射する有機活性領域、伝送されたポンプ光と有機活性領域からのレーザ光を反射して有機活性領域に戻す第二の誘電スタックを備え、第一と第二の誘電スタックと有機活性領域の組み合わせがレーザ光を生成し、誘電制御層の屈折率を制御する手段を備える。
【発明の効果】
【００２０】
　本発明により、レーザ無機ＶＣＳＥＬに対する有機可変ＶＣＳＥＬの可変範囲の面での大きな利点を保持しながら、有機可変ＶＣＳＥＬのレーザ光モードの制御と波長制御を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
　本発明において、垂直キャビティ有機レーザデバイス（ＶＣＳＥＬ）を表す用語は、相互に同じ意味を持つものとして、短く、「有機レーザキャビティデバイス」という場合もある。有機レーザキャビティ構造は、複数の有機レーザキャビティデバイスを有する広い面積を有する構造として製造でき、発光ダイオード（ＬＥＤ）を使って光ポンプすることができる。
【００２２】
　垂直キャビティ有機レーザデバイス１０の側面断面図が図１に示される。基板２０は、光ポンプまたはレーザ放射の所期の方向に応じて、光透過性か不透明のどちらにすることもできる。光透過基板２０は、透明ガラス、プラスチックまたはその他、サファイヤ等の透明材料でよい。あるいは、光ポンプと放射が同じ面から行われる場合には、たとえば半導体材料（シリコン等）またはセラミック材料をはじめとする不透明基板を使用できる。基板２０の上に、下側誘電スタック３０、有機活性領域４０が蒸着される。基板２０、下側誘電スタック３０、有機活性領域４０は、多層薄膜構造４５を構成する。次に上側誘電スタック５０が多層薄膜構造４５の上に成膜される。ポンプ光線６０は、垂直キャビティ有機レーザデバイス１０を光ポンプする。ポンプ光線６０は、光子発生源６５から発せられる。ポンプ光線６０用の光子発生源６５は、発光ダイオード（ＬＥＤ）からの放射等のインコヒーレントなものでよい。あるいは、ポンプ光線は、コヒーレントレーザ発生源から発してもよい。図１は、上側誘電スタック５０からのレーザ放射７０を示している。あるいは、レーザデバイスは、誘電スタックの反射特性を適正に設計することにより、基板２０からレーザ放射を行うと共に上側誘電スタック５０を通じて光ポンプすることもできる。シリコン等の不透明基板の場合、光ポンプもレーザ放射も上側誘電スタック５０を通じて行われる。
【００２３】
　有機活性領域４０のための好ましい材料は、一般的に高真空熱蒸着によって成膜される小さな分子重量の有機ホストドーパントコンビネーションである。ポンプされないときのゲイン媒体の散乱／吸収損失が非常に小さいため、ホストドーパントコンビネーションは有利である。有機分子が小分子重量であることが好ましいのは、真空蒸着される材料が、スピンコーティングによるポリマ材料より均等に蒸着されるからである。本発明で使用されるホスト材は、ポンプ光６０が十分に吸収され、その励起エネルギーの大部分がフェルスタエネルギー変換を通じてドーパント材に伝えられるように選択される。当業者は、ホストとドーパント分子との間の無放射エネルギー伝送が係わるフェルスタエネルギー伝送のコンセプトを熟知している。赤放射レーザのための有益なホストドーパントコンビネーションの一例は、ホストのアルミニウムトリス（８−ハイドロキシキノリン）（Ａｌｑ）とドーパントの［４−（ジシアノメチレン）−２−ｔ−ブチル−６−（１，１，７，７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン]（ＤＣＪＴＢ）（体積百分率で１％）である。異なる波長放射には、その他のホストドーパントコンビネーションも使用できる。たとえば、緑の場合、有益なコンビネーションはホストのＡｌｑとドーパントの［１０−（２−ベンゾシアゾリル）−２，３，６，７−テトラハイドロ−１，１，６，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−［１］ベンゾピラノ［６，７，８−イジ]キノリジン−１１−ワン］（Ｃ５４５Ｔ）（体積百分率で０．５％）である。他の有機増幅領域用材料は、たとえば、ポリフェニレンビニレンの派生物、ジアルコキシ−ポリフェニレンビニレン、ポリ−パラ−フェニレンの派生物、ポリフルオレンの派生物等、ポリマ物質とすることができ、これは、Ｗｏｌｋらが、ここで引用する、本願と同様に譲渡される２００１年２月２７日発行の米国特許第６，１９４，１１９号「有機エレクトロルミネセンスデバイスを形成するための熱伝送素子およびプロセス」の中で教示している。有機活性領域４０の目的は、透過されたポンプ光線６０を受け取り、レーザ光を放射することである。下側誘電スタック３０と上側誘電スタック５０のいずれかがないと、有機活性領域は自然放射を発する。
【００２４】
　下側および上側誘電スタック３０，５０はそれぞれ、好ましくは、従来の電子ビーム蒸着で成膜され、それぞれＴｉＯ2、ＳｉＯ2等の高誘電率および低誘電率の誘電材料を交互に成膜して構成することができる。その他、高誘電率のＴａ2Ｏ5等の材料も使用することができる。下側誘電スタック３０は、約２４０℃の温度で成膜される。上側誘電スタック５０の成膜工程中、有機活性材料が溶けないようにするために、温度は約７０℃に維持される。本発明の別の実施例では、上側誘電スタックではなく、反射メタルミラー層が設けられる。代表的な金属は、反射率が９０％を超える銀またはアルミニウムである。この、別の実施形態において、ポンプ光線６０とレーザ放射７０はどちらも基板２０を通じて処理される。下側誘電スタック３０と上側誘電スタック５０はともに、垂直キャビティ有機レーザデバイス１０の所望の放出波長に応じた所定の波長範囲においてレーザ光線を反射する。
【００２５】
　微細な垂直マイクロキャビティを使用することにより、とても低い閾値でのレーザ遷移が可能となる（電力密度が０．１Ｗ／ｃｍ2以下）。このように閾値が低いことにより、他のレーザシステムにおいて従来使用されているレーザダイオードのフォーカスされた出力ではなく、インコヒーレント光学光源をポンピングに使用することができる。ポンプ発生源の例は紫外光ＬＥＤ又は紫外光ＬＥＤのアレイがあり、たとえば、Ｃｒｅｅ（特に、ＸＢＲＩＧＨＴ（登録商標）　９００　Ｕｌｔｒａ　Ｖｉｏｌｅｔ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｈｉｐ（登録商標）　ＬＴＤ）から入手できる。これらの光源は、中央の波長が約４０５ｎｍの光を放出し、チップ形状において２０Ｗ／ｃｍ2のオーダの電力密度を出力する。ＬＥＤのデバイスパッケージングと拡張された角出力プロファイルによる利用効率の制限を考慮しても、ＬＥＤの明るさは、レーザ閾値の何倍も高いレベルであり、レーザキャビティをポンプするのに十分である。
【００２６】
　レーザの効率は、図２に示す垂直キャビティ有機レーザデバイス８０用に対する活性領域のデザインによってさらに改善される。有機活性領域４０は、ひとつまたは複数の周期的増幅領域１００と、周期的増幅領域１００の片側に設置され、周期的増幅領域１００がデバイスの定在波電磁界の波腹１０３と整列するよう配置された有機スペーサ層１１０を有する。図２には、有機活性領域４０のレーザの定在波電磁界パターン１２０を略図として示している。誘導放出は波腹１０３の部分で最も高く、電磁界の波節１０５では無視できる程度であるため、図２のように活性領域４０を形成することが基本的に有利である。有機スペーサ層１１０は、誘発または自発放出に寄与せず、レーザ放出７０もポンプ光線６０の波長もほとんど吸収しない。スペーサ層１１０の例としては、有機材料、１，１−ビス−（４−ビス（４−メチル−フェニル）−アミノ−フェニル）−シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）がある。ＴＡＰＣは、レーザ放出７０またはポンプ光線６０のエネルギーのいずれもほとんど吸収しないのに加え、屈折率はほとんどの有機ホスト材より若干低いため、スペーサ材料として有利である。これが電磁界の波腹と周期的増幅領域１００との重複をなるべく大きくするのに役立つためこの屈折率の違いは有益である。本発明に関して後述するように、周期的増幅領域１００をバルク増幅領域の変わりに使用することにより、電力変換効率が改善され、不要な自発放出が大幅に減る。周期的増幅領域１００の位置は、光学装置の標準マトリクス法（コージンら(Corzine et al.),IEEE Journal of Quantum Electronics,Vol.25,No.6,June 1989）を使って決定される。良好な結果を得るために、周期的増幅領域１００の厚さは、不要な自発放出をなくすために、５０ｎｍまたはそれ以下とする必要がある。
【００２７】
　図３に示すように、フェーズロック有機レーザアレイデバイス１９０を利用することにより、空間コヒーレンスの程度を保持しながら、レーザの面積を大きくすることができる。二次元フェーズロック有機レーザアレイデバイス１９０を形成するために、画素間領域２１０によって分離された有機レーザキャビティデバイス２００をＶＣＳＥＬの表面上に画定する必要がある。フェーズロックを得るために、好ましくは強度と位相の情報を有機レーザキャビティデバイス２００の間で交換すべきである。これは、たとえば、ミラーのひとつの反射率を変調する等により、小さな内蔵屈折率または増幅ガイディングによって、デバイス領域へのレーザ放出を弱く限定することによって最も良好に得られる。ひとつの実施形態において、反射率の変調は、標準的なフォトリソグラフィおよびエッチング法を使って、下側誘電スタック３０内にエッチングされた領域２２０をパターニング及び形成し、下側誘電スタック３０の表面上に円形ピラー２１１の二次元アレイを形成することによって行われた。有機レーザマイクロキャビティデバイス構造の残りの部分は、上述のように、パターニングされた下側誘電スタック３０上に成膜される。ひとつの実施形態において、レーザ画素の形状は円形であるが、たとえば長方形等、他の画素形状とすることもできる。画素間距離(inter-pixel spacing)は０．２５から４μｍである。フェーズロックアレイの動作は、より大きな画素間距離についても発生するが、光ポンプエネルギーを効率的に利用できなくなる。エッチングの深さは、エッチング領域２２０を形成するために２００から１０００ｎｍであることが好ましい。下側誘電スタック３０の中へ向けて奇数層をわずかに超えるところまでエッチングすることにより、ゲイン媒質のピークから離れたエッチング領域内において縦モード波長の大きなシフトを起こすことができる。したがって、画素間領域２１０におけるレーザ発振動作が防止され、自発放出が大幅に減る。エッチング領域２２０の形成により、最終的に、レーザ放出が有機レーザキャビティデバイス２２０に弱く限定され、画素間領域２１０からレーザ放出がなくなり、フェーズロックされた有機レーザアレイデバイス１９０からコヒーレントなフェーズロックされたレーザ光が発せられる。
【００２８】
　図４ａは、レーザキャビティの光路長を変えるためのＭＥＭデバイスを備えた光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステム２３０の側面断面図である。システム２３０は、多層薄膜構造３００とマイクロ電子加工ミラーアセンブリ３１０との２つの別のサブシステムによって最良の記述となる。多層薄膜構造３００は、基板２０、下側誘電スタック３０、有機活性領域４０、ひとつまたは複数の屈折率整合層２４０，２５０を備える。この場合、基板２０はポンプ光線６０の光を透過する。ポンプ光線６０は、多層薄膜構造３００によって受けられ、自発放出が起こる。上側誘電スタック２９０と下側誘電スタック３０は、有機レーザキャビティのエンドミラーを構成する。マイクロ電子加工ミラーアセンプリ３１０は、下側電極２６０、支持構造２７０、上側電極２７５、支持アーム２７２、エアギャップ２８０、ミラーテザー２８５、上側誘電スタック２９０を備える。レーザ放出７０は、上側誘電スタック２９０から発生する。下側電極２６０と上側電極２７５の間に印加される電圧源（図示せず）は、静電相互作用によってエアギャップ２８０の厚さｔを変化させ、これによって有機レーザキャビティデバイスのキャビティ長が変わる。このような有機レーザキャビティ長の変化は、光ポンプされた可変有機ＶＣＳＥＬシステム２３０の波長変動を引き起こす。上側誘電スタック２９０は、有限曲率を持つように図示されているが、当業者であれば実質的に平坦な上側誘電スタックも使用できることに気付くことができるため、本発明の別の実施形態と考えるべきである。図３に示すように、ミラーのひとつの反射率を変調することによってレーザ放出をデバイス領域に弱く限定しなければ、ＶＣＳＥＬにおける基本的な単独モードの動作を得ることは困難である。このように、側方モードの制御が重要又は上述のような側方限定構造が採用されていない場合には、曲率を持つ上側誘電スタック２９０が有利である。図４ａのキャビティは、半対称として描かれ、ファブリペロ型キャビティ構造の分類に含まれる。このキャビティの出力波長は、次式で表される数学的関係に従っている。
【００２９】
【数１】
2004140371.tif 000003
ただし、ｎは整数、λは波長、Ｌoptはキャビティのシングルパス光路長である。エアギャップ２８０の厚さｔの変化によって光路長が変化する。図４ａには示されていないが、上側誘電スタック２９０はひとつまたは複数の屈折率整合層を有する。これらの屈折率整合層（屈折率整合層２４０，２５０を含む）は、エアギャップ２８０の隣接層との界面における光反射を最小化し、デバイスの効率を高める。下側電極２６０と上側電極２７５は、一般的に導電材料の金属でリング形状に製造される。酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）またはポリマ材料等の透明導電電極も使用できる。この後者の材料の光学損失が低ければ、リング形状は不要である。支持構造２７０は通常、十分な機械的支持力が得られるだけの厚さのアルミニウム、チタニウム−タングステン（Ｔｉ−Ｗ）または窒化シリコン（ＳｉＮｘ）である。通常、支持構造２７０の厚さは２０００ｎｍ、ミラーテザー２８５の厚さは１００−２００ｎｍである。ミラーテザー２８５は、同様の材料で構成できるが、可変電圧源によって提供される静電界の下で湾曲可能なように薄くする。下側電極２６０とミラーテザー２８５との間には、さらに絶縁層（図示せず）を追加する必要があるかもしれない。この層は、絶縁材料で形成する。支持構造２７０は、少なくともひとつの支持アーム２７２を画定し、上側誘電スタック２９０を所望の距離ｔで機械的に安定させる。これを実現するために、支持構造２７０は、適当な大きさの固有の引張応力を持つことが好ましい。
【００３０】
　支持構造の幾何学形状を、図４ｂ−４ｅに示す。図４ｂは、二重に支持されたビーム構造を用いた、光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬの上面図である。上側誘電スタック２９０は、構造の中央で見える状態にあり、上側ミラースタック２９０の反対側に設置された２つの支持アーム２７２によって機械的に支持される。２つの支持アーム２７２は、支持構造２７０の図の領域をエッチングして、その後、犠牲材料を除去し、図４ａに示すようなエアギャップ２８０を形成することによって形成される。下側電極２６０は、支持構造２７０がエッチングされた領域で見える。
【００３１】
　図４ｃは、カンチレバー構造を用いた、光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステム２３２の別の実施形態の上面図である。光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステム２３２の断面図は図４ａと同じである。上側誘電スタック２９０は、構造の中央で見える状態にあり、上側誘電スタック２９０の片側に設置された単独の支持アーム２７２によって機械的に支持される。支持アーム２７２は、支持構造２７０の図示された領域をエッチングし、その後、犠牲材料を除去して、図４ａに示すようなエアギャップ２８０を形成することによって形成される。下側電極２６０は、支持構造２７０がエッチングされた領域で見える。
【００３２】
　図４ｄは、複数の（２つより多い）ビーム構造を有する、光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステム２３４の別の実施形態の上面図である。光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステム２３４の断面図は図４ａと同じである。上側誘電スタック２９０は、構造の中央で見える状態にあり、上側誘電スタック２９０の側面にほぼ対称的に設置された複数の支持アーム２７２によって機械的に支持される。支持アーム２７２は、支持構造２７０の図示された領域をエッチングし、その後、犠牲材料を除去して、図４ａに示すようなエアギャップ２８０を形成することによって形成される。下側電極２６０は、支持構造２７０がエッチングされた領域で見える。図４ｄの実施形態は、４つの支持アーム２７２を示しているが、３つあるいは４つ以上の支持アームを使用することができ、これら本発明の範囲内と考える。
【００３３】
　図４ｅは、薄膜構造を用いた、光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステム２３６の別の実施形態の上面図である。光ポンプされた可変有機ＶＣＳＥＬシステム２３６の断面図は図４ａと同じである。上側ミラースタック２９０は、構造の中央で見える状態にあり、薄膜の形態をとる連続支持アーム２７２によって機械的に支持される。連続支持アーム２７２は、支持構造２７０に複数のリリースホール２７３をエッチングすることによって形成される。図４ａに示すようなエアギャップ２８０を形成するために、エッチング液をリリースホール２７３に貫通させ、犠牲材料を除去する。
【００３４】
　図５は、周期的に構成された有機増幅領域と、レーザキャビティの光路長を変化させるためのＭＥＭデバイスと、を備える多層構造３３０を用いた、光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステム３２０の別の実施形態の側面断面図である。この実施形態において、マイクロ電子加工ミラーアセンブリ３１０は図４ａと同様であるが、多層薄膜構造３３０が異なる。多層薄膜構造３３０は、図２に示す垂直キャビティ有機レーザデバイス８０に基づくものである。多層薄膜構造３３０は、基板２０、下側誘電スタック３０、有機活性領域４０およびひとつまたは複数の屈折率整合層２４０，２５０を備える。この場合、基板２０は、ポンプ光線６０の光を透過する。ポンプ光線６０の光は、多層薄膜構造３３０によって受け取られ、自発放出を起こす。上側誘電スタック２９０と下側誘電スタック３０は、有機レーザキャビティのエンドミラーを構成する。マイクロ電子加工ミラーアセンブリ３１０は、下側電極２６０、支持構造２７０、支持アーム２７２、上側電極２７５、エアギャップ２８０、ミラーテザー２８５、上側誘電スタック２９０を備える。レーザ放出７０は、上側誘電はスタック２９０から起こる。下側電極２６０と上側電極２７５の間に印加される電圧源（図示せず）は、静電相互作用によってエアギャップ２８０の厚さｔを変化させ、これによって有機レーザキャビティデバイスのキャビティ長が変わる。このような有機レーザキャビティ長の変化は、光ポンプされた可変有機ＶＣＳＥＬシステム２３０の波長変動を引き起こす。上側誘電スタック２９０は、有限曲率を持つように図示されているが、当業者であれば実質的に平坦な上側誘電スタックも使用できることに気付くことができるため、本発明の別の実施形態と考えるべきである。有機活性領域４０は、ひとつまたは複数の周期的増幅領域１００と、周期的増幅領域１００の片側に設置され、周期的増幅領域１００がデバイスの定在波電磁界の波腹１０３と整列するよう配置された有機スペーサ層１１０を有する（図２参照）。これは、有機活性領域４０のレーザの定在波電磁界パターン１２０が略図として示された図２に描かれている。誘発放出は波腹１０３の部分で最も高く、電磁界の波節１０５では無視できる程度であるため、図２のように活性領域４０を形成することが基本的に有利である。有機スペーサ層１１０には、誘発または自発放出がなく、レーザ放出７０もポンプ光線６０の波長もほとんど吸収しない。可変範囲が限られる用途では、単独モードの挙動が要求されるが、周期的増幅領域１００を有する図２の構造が有利である。図３に示すように、ミラーのひとつの反射率を変調することによってレーザ放出をデバイス領域に弱く限定しなければ、ＶＣＳＥＬにおける基本的な単独モードの動作を得ることは困難である。側方モードの制御が重要、あるいは上述のような側方限定構造が採用されていない場合では、このような曲率を持つ上側誘電スタック２９０が有利である。図５のキャビティは、半対称として描かれ、ファブリぺロ型キャビティ構造の分類に含まれる。このキャビティの出力波長は、次式で表される数学的関係に従っている。
【００３５】
【数２】
2004140371.tif 000004
ただし、ｎは整数、λは波長、Ｌoptはキャビティのシングルパス光路長である。エアギャップ２８０の厚さｔの変化により、光路長が変化する。上側誘電スタック２９０は、ひとつまたは複数の屈折率整合層を有するが、図５には示されていない。これらの屈折率整合層（屈折率整合層２４０，２５０を含む）は、エアギャップ２８０の隣接層との界面における光反射を低減し、デバイスの効率を高める。下側電極２６０と上側電極２７５は、一般には金属の導電材料でリング形状に製造される。酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）またはポリマ材料等の透明導電電極も使用できる。この後者の材料の光学損失が低ければ、リング形状は不要である。支持構造２７０は通常、十分な機械的支持力が得られるだけの厚さのアルミニウム、チタニウム−タングステン（Ｔｉ−Ｗ）または窒化シリコン（ＳｉＮｘ）である。通常、支持構造２７０の厚さは２０００ｎｍ、ミラーテザー２８５の厚さは１００−２００ｎｍである。ミラーテザー２８５は、同様の材料で構成できるが、可変電圧源によって提供される静電界の下で湾曲可能となるように薄くする。下側電極２６０とミラーテザー２８５との間には、さらに絶縁層（図示せず）を追加する必要があるかもしれない。この層は、絶縁材料で形成する。支持構造２７０は、少なくともひとつの支持アーム２７２を画定し、これは、上側誘電スタック２９０を所望の距離ｔで機械的に安定させる。これを実現するために、支持構造２７０は、適当な大きさの固有の引張応力を持つことが好ましい。光ポンプされた可変有機ＶＣＳＥＬシステム２３０，２３２，２３４，２３６に関連して述べたように、光ポンプされた可変有機ＶＣＳＥＬシステム３２０は、二重支持ビーム構造、カンチレバー構造、複数ビーム構造あるいは薄膜構造を使って、上側誘電スタックを所望の位置に機械的に安定化させることができる。
【００３６】
　図６は、ウェッジ有機活性領域３５０を備える、先行技術による傾斜マイクロキャビティデバイス３４０の側面断面図である。ウェッジ有機活性領域３５０の厚さｔは、左端３６０から右端３７０へと単調に変化する。レーザキャビティの厚さを変化させることにより、傾斜マイクロキャビティデバイス３４０は、ウェッジ有機活性領域３５０の放出材料のゲイン帯域幅が広いため、広いスペクトル領域で可変可能である。傾斜マイクロキャビティデバイス３４０は、ポンプ光線６０によって励起され、レーザ放出７０を発生する。ポンプビーム６０は、右端３７０から距離ｄだけ離れた位置の地点Ｘ0において、傾斜マイクロキャビティデバイス３４０を励起する。下側ミラー３８０と上側ミラー３９０およびウェッジ有機活性領域３５０がレーザキャビティを画定する。ミラー３８０と３９０は、金属薄膜または誘電スタックとして形成できる。レーザ放出７０の波長は、ウェッジ有機活性領域３５０の材料の厚さｔと屈折率の関数である。地点Ｘ0の位置を変えることにより、傾斜マイクロキャビティデバイス３４０の別の部分をポンプ光線６０で励起することができ、その結果、レーザ放射７０の波長も変えることができる。ｄを変えることによって位置Ｘ0を移動させるには、傾斜マイクロキャビティデバイス３４０をポンプ光線６０に関して移動させればよい。
【００３７】
　図７は、電気ポンプされる有機垂直キャビティレーザ４００の側面断面図である。下側ミラー３８０、上側ミラー３９０、有機活性領域４１０が、透明基板２０の上に設置されている。この実施形態において、有機活性領域４１０はエレクトロルミネセントであり、サブレイヤで構成され、電流が有機活性領域４１０を通過するとレーザ光が発せられる。当業界で周知のように、有機活性領域４１０のサブレイヤはホール運搬層４２０、放射層４３０、電子運搬層４４０で構成される。下側および上側ミラー３８０，３９０をそれぞれ非導電材料で製造した場合、電気ポンプされた有機垂直キャビティレーザ４００に電極４５０，４６０を設ける必要がある。この場合、電極４５０と電極４６０は放出層４３０によって放出された光をほぼ透過させる。好ましくは、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）またはその他導電性材料で構成する。電流源４７０は、上側ミラー３９０と下側ミラー３８０が導電性を持つ場合はそのいずれか、あるいは電極４５０，４６０に印加される。ミラーの種類と電極の配置をどのように組み合わせても、本発明の実施形態と理解すべきである。上側ミラー３９０を適当な設計とすることにより、レーザ放出７０は、電気ポンプされた有機垂直キャビティレーザ４００の上側ミラー３９０から出される。これは、上側ミラー３９０の反射率を下側ミラー３８０より若干低く製造することによって実現する。
【００３８】
　図８は、電気ポンプされる有機垂直キャビティレーザ４８０の別の実施形態の側面断面図である。下側ミラー３８０、上側ミラー３９０、有機活性領域４１０が、透明基板２０の上に設置されている。この実施形態において、有機活性領域４１０はエレクトロルミネセントであり、サブレイヤで構成され、電流が有機活性領域４１０を通過するとレーザ光を発する。このようなデバイスの電気的励起のメカニズムは、電気的インジェクションと呼ばれる。当業界で周知のように、有機活性領域４１０のサブレイヤはホール運搬層４２０、放射層４３０、電子運搬層４４０で構成される。下側および上側ミラー３８０，３９０をそれぞれ非導電材料で製造した場合、電気ポンプされた有機垂直キャビティレーザ４００に電極４５０，４６０を設ける必要がある。この場合、電極４５０と電極４６０は放出層４３０によって放出された光をほぼ透過させる。好ましくは、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）またはその他導電性材料で構成する。電流源４７０は、上側ミラー３９０と下側ミラー３８０が導電性を持つ場合はそのいずれか、あるいは電極４５０，４６０に印加される。ミラーの種類と電極の配置をどのように組み合わせても、本発明の実施形態と理解すべきである。上側ミラー３９０を適当な設計とすることにより、レーザ放出７０は、電気ポンプされた有機垂直キャビティレーザ４００の下側ミラー３８０から出る。これは、上側ミラー３９０の反射率を下側ミラー３８０より若干高く製造することによって実現する。
【００３９】
　図９は、可変有機ＶＣＳＥＬシステムのさらに別の実施形態の動作を示すブロック図５００である。この図は、有機レーザキャビティデバイスから放出される光の波長を、機械的に可変するための別のシステムを説明するものである。ブロック５１０に示されるポンプ発生源は、ブロック５２０において、複数の有機垂直キャビティレーザデバイスを励起する。数多くの種類の有機キャビティレーザデバイスが、ブロック５２０に示され、図１〜８および図１２〜１８に明確に描かれている（個々のデバイスまたはデバイスのグループとして描かれ、ここでは、１０，８０，１９０，２３０，３２０，３４０，４００，４８０，７０２，１０００，１０５０とナンバリングされる）。有機垂直キャビティレーザデバイスの構造は、個々の有機垂直キャビティレーザデバイスが、実質的に異なる光波長のレーザ光を発生するよう設計される。ブロック５１０のポンプ発生源は、励起用の光子発生源か電源のいずれかとすることができる。ブロック５３０は、有機垂直キャビティレーザデバイス構造のレーザ出射光を、ブロック５４０に示すように、マイクロ電子加工ミラーアセンブリへと方向付けるのに使用される光線方向付け光学装置を示す。この光学装置は、当業者にとって周知であり、一般に使用されるレンズまたはミラーを備える。マイクロ電子加工ミラーアセンブリブロック５４０は、光学的なレーザ光を、ブロック５５０に記された別の光線方向付け光学装置に向けるよう調整することができる。この光学装置は、当業者にとって周知である、一般に使用されるレンズまたはミラーを備える。ブロック５６０は、レーザ光出力選択部である。このブロックでは、複数の有機垂直キャビティレーザのひとつから光波長の帯域が選択され、デバイスのシステム出力から出る。
【００４０】
　図１０は、電気ポンプされる有機垂直キャビティレーザを用いた、有機レーザキャビティデバイスの出力波長を選択するためのＭＥＭデバイスを備える可変有機ＶＣＳＥＬシステム５６５の略図である。電流源５７０は、有機垂直キャビティレーザデバイス構造５８０のための励起手段となり、複数の光波長を生成する。有機垂直レーザデバイス構造５８０は、固定波長有機レーザキャビティデバイスのアレイである。この実施形態において、有機垂直キャビティレーザデバイス構造５８０は、電気ポンプされる有機垂直キャビティレーザ４８０で構成され、電気ポンプされる有機垂直キャビティレーザ４８０の各々は、実質的に異なる波長のレーザ光を発生するよう製造されている。各デバイスが発するレーザ光を選択することにより、可変有機ＶＣＳＥＬシステム５６５の出力を１ステップずつ可変できる。ステップの大きさ（つまり、波長間隔）は、いずれか２つの電気ポンプされる有機垂直キャビティレーザ４８０の波長の差によって決定される。特定の電気ポンプされた有機垂直キャビティレーザ４８０によって発せられる光は、ミラーアセンブリ６２０の動作によって選択される。ひとつの実施形態では、ミラーアセンブリ６２０に、マイクロ電子加工ミラーを使用する。図１０の実施形態において、ミラーアセンブリ６２０のチルト角を変えることにより、特定の電気ポンプされた有機垂直キャビティレーザ４８０からのレーザ光放出を選択する。選択された光線５９０は、システムを通過して出力選択ファイバ６４０に到達する。非選択光線６００は、可変有機ＶＣＳＥＬシステム５６５を通過して非選択出力６５０に到達する。アパーチャ６７０またはその他のビームブロック装置が、非選択光線６００を可変有機ＶＣＳＥＬシステム５６５から出さないようにする。光線方向付け光学装置６１０は、放出されたレーザ光をミラーアセンブリ６２０に向かわせる。別の光線方向付け光学装置６３０は、ミラーアセンブリ６２０からの光を出力選択ファイバ６４０に向かわせる。ミラーとレンズといった一般に使用されている光学素子を、光線方向付け光学装置６１０，６３０に利用できる。状況によっては、マイクロ光学装置を使って小型で軽量なシステムを製造することが望ましいことがある。レーザ光は、出力選択ファイバ６４０によってシステム出力６６０に伝えられる。この実施例においては、出力選択装置として光ファイバを使用したが、ミラー、アパーチャ、フィルタ等、光波長を選択またはフィルタリングするための、その他の一般的な手段も同様に利用できると理解すべきである。
【００４１】
　図１１は、光ポンプされる有機垂直キャビティレーザを用いた、有機レーザキャビティデバイスの出力波長を選択するためのＭＥＭデバイスを備える、可変有機ＶＣＳＥＬシステムの別の実施形態５６５の略図である。光子発生源６８０は、ポンプ光線光６９０を発生し、有機垂直キャビティレーザデバイス構造７００の励起手段となり、複数の光波長を生成する。光子発生源６８０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザあるいはその他、インコヒーレント光源とすることができる。有機垂直キャビティレーザデバイス構造７００は、固定波長有機レーザキャビティデバイスのアレイである。この実施形態において、有機垂直キャビティレーザデバイス構造７００は、光ポンプされる垂直キャビティ有機レーザデバイス１０で構成され、光ポンプされる垂直キャビティ有機レーザデバイス１０の各々は、実質的に異なる波長のレーザ光を発生するよう製造されている。あるいは、この実施形態では、別の光ポンプされたレーザデバイスも使用でき、たとえば、傾斜マイクロキャビティデバイス３４０（図６に示す）を使って複数の光波長を生成してもよい。この例では、励起用の光子発生源６８０としてレーザを使用することが適当である。前述のものとほぼ同一の傾斜マイクロキャビティデバイス３４０を、ポンプ光線６９０の光の位置と角度を変えることにより、実質的に異なる波長のレーザ光を生成するようにすることができる。各デバイスが発するレーザ光を選択することにより、可変有機ＶＣＳＥＬシステム５６５の出力を１ステップずつ可変できる。ステップの大きさ（つまり、波長間隔）は、いずれか２つの垂直キャビティ有機レーザデバイス１０の波長の差によって決定される。特定の垂直キャビティ有機レーザデバイス１０によって発せられる光は、ミラーアセンブリ６２０の動作によって選択される。ひとつの実施形態では、ミラーアセンブリ６２０に、マイクロ電子加工ミラーを使用する。図１１の実施形態において、ミラーアセンブリ６２０のチルト角を変えることにより、特定の垂直キャビティ有機レーザデバイス１０からのレーザ光放出を選択する。選択された光線５９０は、可変有機ＶＣＳＥＬシステム５６５を通過して出力選択ファイバ６４０に到達する。非選択光線６００は、可変有機ＶＣＳＥＬシステム５６５を通過して非選択出力６５０に到達する。アパーチャ６７０またはその他のビームブロック装置が、非選択光線６００を可変有機ＶＣＳＥＬシステム５６５から出さないようにする。光線方向付け光学装置６１０は、放出されたレーザ光をミラーアセンブリ６２０に向かわせる。別の光線方向付け光学装置６３０は、ミラーアセンブリ６２０からの光を出力選択ファイバ６４０に向かわせる。ミラーとレンズといった一般に使用されている光学素子を、光線方向付け光学装置６１０，６３０に利用できる。状況によっては、マイクロ光学装置を使って小型で軽量なシステムを製造することが望ましいことがある。レーザ光は、出力選択ファイバ６４０によってシステム出力６６０に伝えられる。この実施例においては、出力選択装置として光ファイバを使用したが、ミラー、アパーチャ、フィルタ等、光波長を選択またはフィルタリングするための、その他の一般的な手段も同様に利用できると理解すべきである。
【００４２】
　図１２は、周期的に構成された有機増幅領域と、回折格子アセンブリ７０４と組み合わせられた二次元フェーズロッキングを備え、光ポンプされた多層薄膜構造を利用した光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステムの異なる実施形態７０２の側面断面図である。ひとつの実施形態では、回折格子アセンブリ７０４において、レーザキャビティを可変するために、回折格子に関連してミラーの角度を変えるためのＭＥＭデバイスが使用される。この実施例では、回折格子アセンブリは要素７３０，７４０，７５０，７６０，７７０，７８０，７９０で構成される。図１２において、ポンプ光線６０は、光ポンプされた多層薄膜構造７０５を励起する。この光ポンプされた多層薄膜構造７０５は、多層薄膜構造４５（図１参照）と同様であり、サポート２０、上側誘電スタック３０、有機活性領域４０に加え、屈折率整合層７１０を備える。図１２に示す実施形態は、有機活性領域は、エッチング領域２２０と画素間領域２１０を含んでフェーズロック有機レーザアレイ１９０（図３参照）を作るタイプであるが、前述のものと同様の有機活性領域４０のその他の配置も可能であると理解すべきである。屈折率整合層７１０は、光ポンプされた多層薄膜構造７０５の一部として設置される。屈折率整合層７１０は、有機活性領域を封止し、空気や水分への有害な露出を防止するほか、空気との界面での反射を減らすことによって、デバイスの光学効率を改善する。光ポンプされた多層薄膜構造７０５からの出射光７１５は、光学装置７２０によって回折格子７９０の表面に向けられる。ひとつの実施形態において、光学装置７２０は、マイクロレンズを備える。回折格子７９０は、反射型格子である。サスペンションビーム７５０、回転コームドライブ７６０、回転モータフレーム７７０および可動ミラー７８０からなる構造が、可変有機ＶＣＳＥＬシステムのこの実施形態のための可変メカニズムとなる。素子７５０，７６０，７７０は、ＭＥＭ静電回転アクチュエータであり、可動ミラー７８０の角度を変える。サスペンションビーム７５０は、サポート（図示せず）の基板設置ポイント７４０に取り付けられる。ＭＥＭ静電回転アクチュエータ全体の動きにより、可動ミラー７８０が旋回ポイント７３０で回転する。電圧源（図示せず）は、電気ポテンシャルが回転コームドライブ７６０の素子に印加されると、回転運動を発生させる。この実施形態は、リットマン−メットカル(Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ)型キャビティとして知られる光学コンポーネントの配置を示している。ＭＥＭ回転アクチュエータは、キャビティの中の同じ数の光学半波長をすべて同じ波長に保持する位置に設置された旋回ポイント７３０を中心として、可動ミラー７８０を回転させるよう設計される。回折光線８１０は、可動ミラー７８０によって反射され、レーザキャビティに光フィードバックを提供する。この設計は、レーザ出射光線８００が、選択された波長に関係なく一定の角度で発生するため、望ましい。また、この設計により、可変有機ＶＣＳＥＬシステムの波長のモード・ホップ・フリーの（スムーズな）可変が可能となる。
【００４３】
　図１３は、周期的に構成された有機増幅領域と、回折格子アセンブリ７０４と組み合わせられた二次元フェーズロッキングを備え、電気ポンプされる多層薄膜構造を利用した可変有機ＶＣＳＥＬシステムの異なる実施形態７０２の側面断面図である。ひとつの実施形態では、回折格子アセンブリ７０４において、レーザキャビティを可変するために、回折格子に関連してミラーの角度を変えるためのＭＥＭデバイスが使用される。この実施例では、回折格子アセンブリは要素７３０，７４０，７５０，７６０，７７０，７８０，７９０で構成される。図１３において、電流源５７０は、電気ポンプされた多層薄膜構造８２０を励起する。この電気ポンプされる多層薄膜構造８２０は、サポート２０、上側誘電スタック３８０、有機活性領域４１０に加え、屈折率整合層７１０を備える。電気ポンプされた多層薄膜構造８２０は、電気ポンプされる有機垂直キャビティレーザ４００（図７参照）と同様であるが、その構造の一部として上側ミラー３９０を備えていない。屈折率整合層７１０は、電気ポンプされた多層薄膜構造８２０の一部として設置される。屈折率整合層７１０は、有機活性領域を封止し、空気や水分への有害な露出を防止するほか、空気との界面での反射を減らすことによって、デバイスの光学効率を改善する。電気ポンプされた多層薄膜構造８２０からの出射光７１５は、光学装置７２０によって回折格子７９０の表面に向けられる。ひとつの好ましい実施形態において、光学装置７２０は、マイクロレンズを備える。回折格子７９０は、反射型格子である。サスペンションビーム７５０、回転コームドライブ７６０、回転モータフレーム７７０および可動ミラー７８０からなる構造が、可変有機ＶＣＳＥＬシステムのこの実施形態のための可変メカニズムとなる。サスペンションビーム７５０、回転コームドライブ７６０、回転モータフレーム７７０は、ＭＥＭ静電回転アクキュエータであり、可動ミラー７８０の角度を変える。サスペンションビーム７５０は、サポート（図示せず）の基板設置ポイント７４０に取り付けられる。ＭＥＭ静電回転アクチュエータ全体の動きにより、可動ミラーが旋回ポイント７３０で回転する。電圧源（図示せず）は、電気ポテンシャルが回転コームドライブ７６０の素子に印加されると、回転運動を発生させる。この実施形態は、リットマン−メットカル(Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ）キャビティとして知られる光学コンポーネントの配置を示している。ＭＥＭ回転アクチュエータは、キャビティの中の同じ数の光学半波長をすべて同じ波長に保持する位置に設置された旋回ポイント７３０を中心として、可動ミラー７８０を回転させるよう設計される。回折光線８１０は、可動ミラー７８０によって反射され、レーザキャビティに光フィードバックを提供する。この設計は、レーザ出射光線８００が、選択された波長に関係なく一定の角度で発生するため、望ましい。また、この設計により、可変有機ＶＣＳＥＬシステムの波長のモード・ホップ・フリーの（スムーズな）可変が可能となる。
【００４４】
　図１４は、可変有機ＶＣＳＥＬシステム１０００の別の実施例の断面図であり、この例は、制御可能な屈折率を有する材料を使ってレーザ波長を可変するものである。可変有機ＶＣＳＥＬシステム１０００は、基板２０を有する。ポンプ光線６０が基板２０の下に供給され、基板２０を通過する。下側電極１０１０が基板２０の上に設置され、好ましくは、ポンプ光線６０を通過させる。下側電極１０１０は、たとえば、ＩＴＯとすることができる。あるいは、ポンプ光線６０が上から供給される構成では、不透明な下側電極を使用できる。
【００４５】
　下側誘電スタック３０と有機活性領域４０はそれぞれ、下側電極１０１０の上に設けられる。上側誘電スタック５０は、有機活性領域４０の上に設置されて、レーザキャビティを画定する。下側誘電スタック３０と上側誘電スタック５０との間に、誘電制御層１０２０が設けられ、これを使ってレーザキャビティの光キャビティ長の制御が行われる。レーザ波長は光キャビティ長に比例するため、したがって、レーザ波長が制御される。上側電極１０３０は、上側誘電スタック５０の上に設置される。コントローラ１０４０は、誘電制御層１０２０の屈折率を制御するために設けられている。
【００４６】
　ある実施形態において、誘電制御層１０２０は、電界を印加することによって制御される、可変屈折率を有する材料で構成する。材料としては、リチウムニオベートまたは液晶層等の電子光学材料が挙げられる。誘電制御層１０２０の屈折率は、印加される電界によって次のように変化する。
【００４７】
【数３】
2004140371.tif 000005
ただし、Ｅは印加される電界、ｎ0は電界の印加がない場合の屈折率、ｒは電子光学係数である。この実施形態のコントローラ１０４０は、上側電極１０３０と下側電極１０１０の間に印加される電圧源である。
【００４８】
　第二の実施形態において、誘電制御層１０２０は光屈折材料からなる。Ｆｅ+3をドーピングしたリチウムニオベートが一例である。この場合、コントローラ１０４０は、ＵＶランプ等の光源であり、屈折率は光の強度に応答して変動する。第三の実施形態において、誘電制御層１０２０は感熱性材料であり、コントローラ１０４０は、抵抗加熱素子等の熱源である。この場合、誘電制御層は、熱膨張および／または熱によって誘引され、次式で表される屈折率の変化によってレーザ波長を変えることができる。
【００４９】
【数４】
2004140371.tif 000006
ただし、ΔＴは安定状態温度からの温度変化、Ｌopt.oは安定状態温度での光キャビティ長、ｎdcは誘電制御層の屈折率、Ｌdcは誘電制御層の物理的厚さである。
【００５０】
　図１５は、別の回折格子アセンブリ７０４、つまり、リトロー構成の電気的可変格子７９２を用いた、可変有機ＶＣＳＥＬシステムの別の実施形態の側面断面図である。リトロー構成は、当業界で周知のように、光が発せられた方向に戻るように回折されるような状態で回折格子を使用することを特徴とする。このように、電気ポンプされる多層薄膜構造８２０から発せられる出射光７１５は、部分的に回折光線８１０として戻る。電気的可変格子７９２の周期を変えることにより、リトロー波長は変化し、したがってレーザ発振波長が可変される。電圧源（図示せず）は、電気的可変格子７９２の周期を変化させる。出力結合は再び、電気的可変格子７９２からの０番目の光線を通じて行われる。図１５において、電流源５７０は、電気ポンプされる多層薄膜構造８２０を励起する。この電気ポンプされる多層薄膜構造８２０は、サポート２０、下側ミラー３８０、有機活性領域４１０、電極４５０，４６０および屈折率整合層７１０で構成される。電気ポンプされた多層薄膜構造８２０は、電気ポンプされる有機垂直キャビティレーザ４００（図７に示す）と同様であるが、上側ミラー３９０は、その構造の一部として含まない。屈折率整合層７１０は、電気ポンプされる多層薄膜構造８２０の一部として設置される。屈折率整合層７１０は、有機活性領域を封止し、空気と水分への有害な露出を防止し、さらに、空気との界面における反射を低減することにより、装置の光学効率を改善する。多層薄膜構造８２０からの出射光７１５は、光学装置７２０によって回折格子７９２の表面に向けられる。ひとつの実施形態において、光学装置７２０はマイクロレンズである。回折格子７９２は、可変格子周期を有する反射型格子である。このような構造は当業界で周知であり、たとえば、圧電アクチュエータを備える静電的可変ＭＥＭ格子またはアナログ可変格子である（たとえば、DARPA Quarterly Report F30602-97-2-0106参照）。
【００５１】
　図１６（ａ），１６（ｂ）は、圧電アクチュエータを備える静電的可変ＭＥＭ格子とアナログ可変格子をそれぞれ示す。図１６（ａ）において、フレキシブルな格子構造７９１は、たわみによって支持される垂下ビームを備え、対向する静電的なくし型ドライブリニアモータ７９７によって駆動される。くし型ドライブモータ７９７の駆動は、電気可変格子７９２の周期を単純に変化させる。図１６（ｂ）において、薄膜格子７９３は、格子を形成する周期的構造物であり、この構造物は変形可能薄膜７９４の上に配置される。圧電アクチュエータ７９９は、薄膜を変形させ、格子周期を変化させる。
【００５２】
　図１５に戻り、回折光線８１０は、電気可変格子７９２によって回折し、レーザキャビティの光フィードバックとなる。このデザインは、選択された波長に関係なく、レーザ出射光線８００が一定の角度で発生するため、好ましい。また、この設計は、可変有機ＶＣＳＥＬシステムの波長のモード・ホップ・フリーの（スムーズな）可変を可能とする。格子７９２は、入力角を適正に選択し、電気可変格子７９２のブレーズファセットをしようすることで、最適な出力結合効率を有するように設計できる。可変有機ＶＣＳＥＬはまた、電気可変格子をリトロー形状に配置し、光ポンプされた多層薄膜構造を使用することによっても実現できる。
【００５３】
　図１７において、電気可変格子の別の例７９２が示される。電子光学格子９００は、周期的表面構造を有する固定格子９１０から形成される。固定格子９１０と接触して、電子光学層９２０、好ましくは液晶層が設置される。電子光学層９２０は、その上下が導電層９３０，９３２によって囲まれ、基板９３４，９３６で支持される。電子光学層９２０が液晶層である場合、周知のように、導電層９３０，９３２の間のスペースを保つ適当な手段が用いられる。導電層９３２は透明導電層で、たとえば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）である。導電層９３０は、反射金属または透明導電層とすることができる。好ましい反射金属には、アルミニウム、銀、金がある。電子光学層に電圧を印加することにより、電子光学層９２０の屈折率が変化し、電子光学格子９００の屈折動作が変化する。導電層９３２が透明導電層の場合、図１５に示す電気ポンプされた多層薄膜構造８２０からの光は、基板９３４を通って、固定格子９１０に入射する。この、電気可変格子の実施形態をリトロー構成として用い、可変有機ＶＣＳＥＬを形成することが可能である。
【００５４】
　図１８は、制御可能な屈折率を有する材料を使い、レーザ波長を可変する、可変有機ＶＣＳＥＬシステムの別の実施形態１０５０の側面断面図である。当業者であれば、この実施形態は、２つの可変メカニズムを組み合わせたものであることがわかる。つまり、制御可能な屈折率を有する材料を使って、レーザ波長を可変するひとつのメカニズムと、ＭＥＭを使ってレーザキャビティの光路長を変化させる第二のメカニズムである。さらに、当業者は、別の可変メカニズムの組み合わせも可能であり、本発明の範囲内であると認識するであろう。可変有機ＶＣＳＥＬシステム１０５０は、基板２０を備える。ポンプ光線６０は、基板２０の下から供給され、これを通過する。下側電極１０１０は、基板２０の上に設置され、好ましくは、ポンプ光線６０を透過させる。下側電極１０１０は、たとえば、ＩＴＯとすることができる。あるいは、ポンプ光線６０が上から供給される構成では、不透明な下側電極も使用できる。
【００５５】
　下側誘電スタック３０と有機活性領域４０は、それぞれ下側電極１０１０の上に設置される。上側誘電スタック５０は、有機活性領域４０の上に設置され、これによってレーザキャビティを画定する。下側誘電スタック３０と上側誘電スタック５０の間に、誘電制御層１０２０が設置され、レーザキャビティの光キャビティ長を制御するのに使用される。レーザ波長は、光キャビティ長に比例するため、レーザ波長はこれによって可変可能である。上側電極１０３０は、上側誘電スタック５０の上に設置される。コントローラ１０４０は、誘電制御層１０２０の屈折率を制御するために提供される。
【００５６】
　ひとつの実施形態において、誘電制御層１０２０は、電界を印加することによって制御される可変屈折率を有する材料で構成する。材料としては、リチウムニオベートまたは液晶層等の電子光学材料が挙げられる。誘電制御層１０２０の屈折率は、印加される電界によって次のように変化する。
【００５７】
【数５】
2004140371.tif 000007
ただし、Ｅは印加される電界、ｎ0は電界の印加がない場合の屈折率、ｒは電子工学係数である。この実施形態のコントローラ１０４０は、上側電極１０３０と下側電極１０１０の間に印加される電圧源である。
【００５８】
　第二の実施形態において、誘電制御層１０２０は光屈折材料からなる。Ｆｅ+3をドーピングしたリチウムニオベートが一例である。この場合、コントローラ１０４０は、ＵＶランプ等の光源であり、屈折率は光の強度に応答して変動する。
【００５９】
　第三の実施形態において、誘電制御層１０２０は感熱性材料であり、コントローラ１０４０は、抵抗加熱素子等の熱源である。この場合、誘電制御層は、熱膨張および／または熱によって誘引され、次式で表される屈折率の変化によってレーザ波長を変えることができる。
【００６０】
【数６】
2004140371.tif 000008
ただし、ΔＴは安定状態温度からの温度変化、Ｌopt.oは安定状態温度での光キャビティ長、ｎdcは誘電制御層の屈折率、Ｌdcは誘電制御層の物理的厚さである。
【００６１】
　図１８において、ＭＥＭデバイスは、レーザキャビティの光路長を変化させるために含められている。ＭＥＭデバイスは、屈折率整合層２４０，２５０の上に設置される。マイクロ電子加工ミラーアセンブリ３１０は、下側電極２６０、支持構造２７０、上側電極２７５、支持アーム２７２、エアギャップ２８０、ミラーテザー２８５、上側誘電スタック２９０を備える。レーザ放出７０は、上側誘電スタック２９０から起こる。下側電極２６０と上側電極２７５の間に印加される電圧源（図示せず）は、静電相互作用によってエアギャップ２８０の厚さｔを変化させ、これによって有機レーザキャビティデバイスのキャビティ長が変わる。上側誘電スタック２９０は、有限曲率を持つように図示されているが、当業者であれば実質的に平坦な上側誘電スタックも使用できることに気付くことができるため、本発明の別の実施形態と考えるべきである。エアギャップ２８０の厚さｔの変化により、光路長が変化する。上側誘電スタック２９０は、ひとつまたは複数の屈折率整合層を含んでもよいが、これらは図１８では示されていない。これらの屈折率整合層（屈折率整合層２４０，２５０を含む）は、隣接層とのエアギャップ２８０の界面での光反射を低減させ、装置の効率を改善する。下側電極２６０と上側電極２７５は、一般には金属の導電材料でリング形状に製造される。酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）またはポリマ材料等の透明導電電極も使用できる。この後者の材料の光学損失が低ければ、リング形状は不要である。支持構造２７０は通常、十分な機械的支持力が得られるだけの厚さのアルミニウム、チタニウム−タングステン（Ｔｉ−Ｗ）または窒化シリコン（ＳｉＮｘ）である。通常、支持構造２７０の厚さは２０００ｎｍ、ミラーテザー２８５の厚さは１００〜２００ｎｍである。ミラーテザー２８５は、同様の材料で構成できるが、可変電圧源によって提供される静電界の下で湾曲可能なように薄くする。下側電極２６０とミラーテザー２８５との間には、さらに絶縁層（図示せず）を追加する必要があるかもしれない。この層は、絶縁材料で形成する。支持構造２７０は、少なくともひとつの支持アーム２７２を画定し、これは、上側誘電スタック２９０を所望の距離ｔで機械的に安定させる。これを実現するために、支持構造２７０は、適当な大きさの固有の引張応力を持つことが好ましい。
【００６２】
　まとめると、システムは、ｃ）エアギャップを備えるマイクロ電子加工ミラーアセンブリのための複数のサポートと、ｄ）マイクロ電子加工ミラーアセンブリと接触する上側電極層と、ｅ）下側電極層を備える。
【００６３】
　ここで、マイクロ電子加工ミラーアセンブリは、カンチレバーアセンブリであるシステムである。また、マイクロ電子加工ミラーアセンブリは、薄膜アセンブリであるシステムである。また、マイクロ電子加工ミラーアセンブリは、少なくともひとつの二重に支持されたビームを有するシステムである。また、光波長が、数式ｎλ／２＝Ｌoptによる有機レーザキャビティデバイスの可変キャビティ長によって決定されるシステムである。
【００６４】
　また、システムはさらに、多層薄膜構造の上に設置された屈折率整合層を含む。また、システムはさらに、マイクロ電子加工ミラーアセンブリ内に統合された屈折率整合層を含む。
【００６５】
　また、屈折率整合層が多層薄膜構造に最も近いシステムである。また、光子のインコヒーレント発生源が発光ダイオードであるシステムである。また、光子のインコヒーレント発生源がランプであるシステムである。また、光子のインコヒーレント発生源が、発光ダイオード以外の光源であるシステムである。また、有機垂直キャビティレーザデバイス構造は、固定波長レーザキャビティデバイスのアレイであるシステムである。また、有機垂直キャビティレーザデバイス構造が、可変波長有機レーザキャビティデバイスのアレイであるシステムである。また、励起手段が光ポンプ手段を含むシステムである。また、励起手段がレーザ発生源であるシステムである。また、励起手段が発光ダイオードを含むシステムである。また、励起手段が、発光ダイオード以外のインコヒーレント光源を含むシステムである。また、励起手段が電気インジェクションを含むシステムである。また、誘電制御層が電子光学的であり、屈折率を制御する手段が印加された電界であるシステムである。また、誘電制御層が光反射的であり、屈折率を制御する手段が光子発生源であるシステムである。また、誘電制御層が、温度依存屈折率を有し、屈折率を制御する手段が熱源であるシステムである。
【００６６】
　別の形態としてまとめると、有機レーザキャビティデバイスから放出される光波長を可変するシステムであって、ａ）光子発生源によってポンプされる多層薄膜構造であって、ａ１）サポートと、ａ２）ポンプ光線の光を受け、伝送し、所定の波長範囲についてレーザ光を反射する第一の誘電スタックと、ａ３）制御可能な屈折率を有するひとつまたは複数の誘電制御層と、ａ４）第一の誘電スタックから伝えられたポンプ光線を受け取り、レーザ光を放出する有機活性領域と、ａ５）有機活性領域から伝えられたポンプ光線とレーザ光を反射し、有機活性領域に戻す第二の誘電スタックと、を含み、第一と第二の誘電スタックと有機活性領域の組み合わせによってレーザ光を発生させる多層薄膜構造と、ｂ）多層薄膜構造に近接し、有機レーザキャビティデバイスのキャビティ長を変化させるマイクロ電子加工ミラーアセンブリと、ｃ）誘電制御層の屈折率を制御する手段と、を備えるシステムである。
【００６７】
　ここで、システムはさらに、ｃ）複数のサポートの間にはエアギャップがあるマイクロ電子加工ミラーアセンブリのための複数のサポートと、ｄ）マイクロ電子加工ミラーアセンブリと接触する上側電極層と、ｅ）下側電極層を備えても良い。
【００６８】
　また、マイクロ電子加工ミラーアセンブリは、カンチレバーアセンブリであるシステムである。また、マイクロ電子加工ミラーアセンブリは、薄膜アセンブリであるシステムである。また、マイクロ電子加工ミラーアセンブリは、少なくともひとつの二重に支持されたビームを有するシステムである。また、光波長が、［数式ｎλ／２＝Ｌoptによる］有機レーザキャビティデバイスの可変キャビティ長によって決定されるシステムである。
【００６９】
　また、システムはさらに、多層薄膜構造の上に設置された屈折率整合層を含む。また、システムはさらに、マイクロ電子加工ミラーアセンブリ内に統合された屈折率整合層を含む。
【００７０】
　また、屈折率整合層が多層薄膜構造に最も近いシステムである。また、光子発生源が発光ダイオードであるシステムである。また、光子発生源がレーザであるシステムである。また、光子発生源が、発光ダイオード以外のインコヒーレント光源であるシステムである。また、誘電制御層が電子光学的であり、屈折率を制御する手段が印加された電界であるシステムである。また、誘電制御層が光反射的であり、屈折率を制御する手段が光子発生源であるシステムである。また、誘電制御層が、温度依存屈折率を有し、屈折率を制御する手段が熱源であるシステムである。
【００７１】
　別の形態としてまとめると、有機レーザキャビティデバイスから放出される光波長を可変するシステムであって、ａ）光子のインコヒーレント発生源によってポンプされる多層薄膜構造であって、ａ１）サポートと、ａ２）ポンプ光線の光を受け、伝送し、所定の波長範囲についてレーザ光を反射する第一の誘電スタックと、ａ３）第一の誘電スタックから伝えられたポンプ光線を受け取り、レーザ光を放出する有機活性領域と、ａ４）少なくともひとつの屈折率整合層と、を含む多層薄膜構造と、ｂ）多層薄膜構造に近接し、有機レーザキャビティデバイスのキャビティ長を変化させる回折格子アセンブリと、ｃ）有機レーザキャビティデバイスから放出された光波長を可変するコントローラと、を備えるシステムである。
【００７２】
　ここで、光波長を可変するシステムにおいて回折格子アセンブリは、リットマン−メットカルフ（Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ）構成、リトロー構成、電気可変格子のいずれかから選択されるシステムである。また、光波長を可変するシステムで、光子のインコヒーレント発生源は発光ダイオードであるシステムである。また、光子のインコヒーレント発生源はランプであるシステムである。また、光子のインコヒーレント発生源は、発光ダイオード以外の光源であるシステムである。また、コントローラが可動ミラーを回転させて、光波長を可変するシステムである。また、コントローラが電気可変格子の周期を変化させるシステムである。また、コントローラが電子光学層の屈折率を変化させるシステムである。
【００７３】
　別の形態としてまとめると、有機レーザキャビティデバイスから放出される光波長を可変するシステムであって、ａ）電気的に励起される多層薄膜構造であって、ａ１）サポート、ａ２）ポンプ光線の光を受け、伝送し、所定の波長範囲についてレーザ光を反射する第一の誘電スタック、ａ３）第一の誘電スタックから伝えられたポンプ光線を受け取り、レーザ光を放出する有機活性領域、ａ４）少なくともひとつの屈折率整合層とを含む多層薄膜構造と、ｂ）多層薄膜構造に近接し、有機レーザキャビティデバイスのキャビティ長を変化させる回折格子アセンブリと、ｃ）有機レーザキャビティデバイスから放出された光波長を可変するコントローラを備えるシステムである。
【００７４】
　ここで、光波長を可変するシステムにおいて回折格子アセンブリは、リットマン−メットカルフ（Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ）構成、リトロー構成、電気可変格子のいずれかから選択されるシステムである。また、コントローラは可動ミラーを回転させ、光波長を可変するシステムである。また、コントローラは、電気可変格子の周期を変化させるシステムである。また、コントローラは、電子光学層の屈折率を変化させるシステムである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】光ポンプされる有機レーザキャビティデバイスの断面図である。
【図２】周期的に構成された有機増幅領域を有する、光ポンプされる有機ベースの垂直キャビティレーザの断面図である。
【図３】光ポンプされる二次元フェーズロック有機垂直キャビティレーザアレイデバイスの断面図である。
【図４ａ】レーザキャビティの光路長を変えるためのＭＥＭデバイスを有する、光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステムの断面図である。
【図４ｂ】二重に支持されたビーム構造を用いた、光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステムの上面図である。
【図４ｃ】カンチレバー構造を利用する、光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステムの別の実施形態の上面図である。
【図４ｄ】複数（２より多い）のビーム構造を用いた、光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステムのさらに別の実施形態の上面図である。
【図４ｅ】薄膜構造を使用する、光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステムのまた別の実施形態の上面図である。
【図５】周期的に構成された有機増幅領域と、レーザキャビティの光路長を変えるためのＭＥＭデバイスを備える多層薄膜構造を利用した、光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステムの異なる実施形態の側面断面図である。
【図６】ウェッジ型有機活性領域を備える有機レーザキャビティの側面断面図である。
【図７】電気ポンプされる有機垂直キャビティレーザの側面断面図である。
【図８】電気ポンプされる有機垂直キャビティレーザの異なる実施形態の側面断面図である。
【図９】可変有機ＶＣＳＥＬシステムのまた別の実施形態の動作を示すブロック図である。
【図１０】電気ポンプされる有機垂直キャビティレーザを用いた有機レーザキャビティデバイスの出力波長を選択するためのＭＥＭデバイスを備える可変有機ＶＣＳＥＬシステムの略図である。
【図１１】光ポンプされる有機垂直キャビティレーザを用いた有機レーザキャビティデバイスの出力波長を選択するためのＭＥＭデバイスを備える可変有機ＶＣＳＥＬシステムの略図である。
【図１２】周期的に構成された有機増幅領域と二次元フェーズロックに加え、レーザキャビティ可変のための回折格子とともに使用されるミラーの角度を変えるためのＭＥＭデバイスを備える、光ポンプされる多層薄膜構造を利用した、光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステムの別の実施形態の側面断面図である。
【図１３】電気ポンプされる多層薄膜構造を利用し、レーザキャビティ可変のための回折格子とともに使用されるミラーの角度を変えるためのＭＥＭデバイスを備える、光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステムの別の実施形態の側面断面図である。
【図１４】光路長を変化させるための別の手段が描かれる、可変有機ＶＣＳＥＬシステムの側面断面図である。
【図１５】可変有機ＶＣＳＥＬシステムの別の実施形態の側面断面図である。
【図１６】静電的可変ＭＥＭ回折格子または、圧電アクチュエータを備えるアナログ可変回折格子を示す図である。
【図１７】電気的可変回折格子の別の実施形態を示す図である。
【図１８】可変有機ＶＣＳＥＬシステムの異なる実施形態の側面断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
　１０　垂直キャビティ有機レーザデバイス、２０　基板、３０　下側誘電スタック、４０　有機活性領域、４５　多層薄膜構造、５０　上側誘電スタック、６０　ポンプ光線、６５　光子発生源、７０　レーザ放出、８０　垂直キャビティ有機レーザデバイス、１００　周期的増幅領域、１０３　波腹、１０５　波節、１１０　有機スペーサ層、１２０　電磁界パターン、１９０　フェーズロック有機レーザアレイ、２００　有機レーザキャビティデバイス、２１０　画素間領域、２１１　円形ピラー、２２０　エッシング領域、２３０，２３２，２３４，２３６　光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステム、２４０，２５０　屈折率整合層、２６０　下側電極、２７０　支持構造、２７２　支持アーム、２７３　リリースホール、２７５　上側電極、２８０　エアギャップ、２８５　ミラーテザー、２９０　上側誘電スタック、３００　多層薄膜構造、３１０　マイクロ電子加工ミラーアセンブリ、３２０　光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステム、３３０　多層薄膜構造、３４０　傾斜マイクロキャビティデバイス、３５０　ウェッジ有機活性領域、３６０　左端、３７０　右端、３８０　下側ミラー、３９０　上側ミラー、４００　電気ポンプされる有機垂直キャビティレーザ、４１０　有機活性領域、４２０　ホール運搬層、４３０　放射層、４４０　電子運搬層、４５０、４６０　電極、４７０　電流源、４８０　電気ポンプされる有機垂直キャビティレーザ、５００　ブロック図、５１０　ブロック、ポンプ発生源、５２０　ブロック、有機垂直レーザデバイス、５３０　ブロック、光線方向付け光学装置、５４０　ブロック、マイクロ電子加工ミラーアセンブリ、５５０　ブロック、光線方向付け光学装置、５６０　ブロック、レーザ出射光選択、５６５　可変有機ＶＣＳＥＳＬシステム、５７０　電流源、５８０　有機垂直キャビティレーザデバイス構造、５９０　選択光線、６００　非選択光線、６１０　光線方向付け光学装置、６２０　ミラーアセンブリ、６３０　光線方向付け光学装置、６４０　出力選択ファイバ、６５０　非選択出力、６６０　システム出力、６７０　アパーチャ、６８０　光子発生源、６９０　ポンプ光線光、７００　有機垂直キャビティレーザデバイス構造、７０２　光ポンプされる可変有機ＶＣＳＥＬシステム、７０４　格子アセンブリ、７０５　光ポンプされる多層薄膜構造、７１０　屈折率整合層、７１５　出射光、７２０　光学装置、７３０　旋回ポイント、７４０　基板設置ポイント、７５０　サスペンションビーム、７６０　回転コームドライブ、７７０　回転モータフレーム、７８０　可動ミラー、７９０　回折格子、７９１　フレキシブル格子構造、７９２　電気的可変格子、７９３　薄膜格子、７９４　変形薄膜、７９７　コームドライブ線形モータ、７９９　圧電アクチュエータ、８００　レーザ出射光線、８１０　回折光線、８２０　電気ポンプされる多層薄膜構造、９００　電子光学格子、９１０　固定格子、９２０　電子光学層、９３０，９３２　導電層、９３４，９３６　基板、１０００　有機垂直キャビティレーザデバイス構造、１０１０　下側電極、１０２０　誘電制御層、１０３０　上側電極、１０４０　コントローラ、１０５０　可変有機ＶＣＳＥＬシステム
【図１】
2004140371.tif 000009
【図２】
2004140371.tif 000010
【図３】
2004140371.tif 000011
【図４ａ】
2004140371.tif 000012
【図４ｂ】
2004140371.tif 000013
【図４ｃ】
2004140371.tif 000014
【図４ｄ】
2004140371.tif 000015
【図４ｅ】
2004140371.tif 000016
【図５】
2004140371.tif 000017
【図６】
2004140371.tif 000018
【図７】
2004140371.tif 000019
【図８】
2004140371.tif 000020
【図９】
2004140371.tif 000021
【図１０】
2004140371.tif 000022
【図１１】
2004140371.tif 000023
【図１２】
2004140371.tif 000024
【図１３】
2004140371.tif 000025
【図１４】
2004140371.tif 000026
【図１５】
2004140371.tif 000027
【図１６】
2004140371.tif 000028
【図１７】
2004140371.tif 000029
【図１８】
2004140371.tif 000030