DE102015003356B4 - Laser with a Dünnschichtaktuaktor in the resonator - Google Patents

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Abstract

Laser (10, 20, 30), zumindest umfassend – einen optischen Resonator (19) mit einer transparenten Resonatorschicht (6), die sich zwischen mindestens zwei Spiegeln (3, 11) befindet und die zur Erzeugung mindestens eines sich bei einer definierten Resonatorlänge l ausbildenden resonanten Wellenlängenbandes Δλ (64, 65) aus einem durch den Aufbau des Resonators (19) bestimmten Wellenlängenbereich dient, – ein laseraktives Material (18) zur Erzeugung des Wellenlängenbandes (64, 65) aus dem Wellenlängenspektrum, wobei sich das laseraktive Material (18) zumindest in einem Teil der Resonatorschicht (6) befindet, – eine Pumpquelle zur Anregung des laseraktiven Materials (18), wobei das emittierte Wellenlängenband (64, 65) des Lasers (10, 20, 30) bei einer bestimmten Pumpleistung (63) aus einer Überlagerung des Wellenlängenspektrums des laseraktiven Materials (18) und den resonanten Moden des Resonators (19) entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (19) zu einem Dünnschichtaktuator (14) gehört und der Dünnschichtaktuator (14) als Schichtstapel gemeinsam mit dem Resonator (19) einen optischen Interferenzfilter (27) ausbildet, wobei der Dünnschichtaktuator (14) eine Aktuatorschicht (13) zwischen zwei an eine Spannungssteuereinheit (21) angeschlossenen, voneinander beabstandeten und mit der Aktuatorschicht (13) in Verbindung stehenden Elektroden (2, 5) aufweist, wobei die Aktuatorschicht (13) zumindest einen Teil (4) der Resonatorschicht (6) bildet, die zumindest zum Teil aus elastischen, die Resonatorlänge l unter Spannung veränderndem Material besteht, und wobei das elastische Material reversibel formveränderbar und ein dielektrischer Elastomer ist.Laser (10, 20, 30), comprising at least - an optical resonator (19) with a transparent resonator layer (6), which is located between at least two mirrors (3, 11) and for generating at least one at a defined resonator length l forming a resonant wavelength band Δλ (64, 65) from a wavelength range determined by the structure of the resonator (19), - a laser-active material (18) for generating the wavelength band (64, 65) from the wavelength spectrum, wherein the laser-active material (18 ) is at least in a part of the resonator layer (6), - a pump source for exciting the laser-active material (18), wherein the emitted wavelength band (64, 65) of the laser (10, 20, 30) at a certain pump power (63) a superposition of the wavelength spectrum of the laser-active material (18) and the resonant modes of the resonator (19) is formed, characterized in that the resonator (19) to a thin and the thin-film actuator (14) forms an optical interference filter (27) as a layer stack together with the resonator (19), wherein the thin-film actuator (14) separates one actuator layer (13) between two connected to a voltage control unit (21) spaced apart and with the actuator layer (13) in connection electrodes (2, 5), wherein the actuator layer (13) at least part (4) of the resonator (6) forms, at least partially made of elastic, the resonator length l under tension material, and wherein the elastic material is reversibly deformable shape and a dielectric elastomer.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laser.The invention relates to a laser.

Ein in 1 dargestellter herkömmlicher Laser 100 umfasst zumindest

  • – einen optischen Resonator 60 mit einer transparenten Resonatorschicht, die sich zwischen mindestens zwei Spiegeln befindet und die zur Erzeugung mindestens eines sich bei einer definierten Resonatorlänge l ausbildenden resonanten Wellenlängenbandes Δλ 64, 65 aus einem im Bereich des Resonators 60 erzeugten Wellenlängenspektrum dient,
  • – ein laseraktives Material zur Erzeugung des Wellenlängenbandes 64, 65 aus dem Wellenlängenspektrum, wobei sich das laseraktive Material 18 zumindest in einem Teil der Resonatorschicht befindet, und
  • – eine Pumpquelle 61 zur Anregung des laseraktiven Materials,
wobei das emittierte Wellenlängenband 64, 65 des Lasers 100 bei einer vorgegebenen Pumpleistung 63 aus einer Überlagerung des Wellenlängenspektrums des laseraktiven Materials 18 mit den resonanten Moden des Resonators 60 entsteht.An in 1 illustrated conventional laser 100 includes at least
  • - An optical resonator 60 with a transparent resonator layer which is located between at least two mirrors and which generates at least one resonant wavelength band Δλ forming at a defined resonator length l 64 . 65 from one in the region of the resonator 60 generated wavelength spectrum serves,
  • A laser active material for generating the wavelength band 64 . 65 from the wavelength spectrum, wherein the laser-active material 18 located at least in a part of the resonator, and
  • - a pump source 61 for exciting the laser-active material,
wherein the emitted wavelength band 64 . 65 the laser 100 at a given pump power 63 from a superposition of the wavelength spectrum of the laser-active material 18 with the resonant modes of the resonator 60 arises.

Es ist ein Laser mit externen Kavitäten mit einem verstellbaren externen Spiegel in der Druckschrift Zavellani-Rossi, Lanzani, De Silvestre, Barbarelle: Single-mode tunable organic Laser based an an electroluminescent oligothiophene, Appl. Phys. Lett. 79 (2001), S. 4082 beschrieben.It is a laser with external cavities with an adjustable external mirror in the publication Zavellani-Rossi, Lanzani, De Silvestre, Barbarelle: single-mode tunable organic lasers based on electroluminescent oligothiophene, Appl. Phys. Lett. 79 (2001), p. 4082.

Ein durchstimmbarer Laser mit einem keilförmigen Resonator ist in der Druckschrift Schütte, Goethe, Hintschisch, Sudzius, Fröb, Lyssenko, Leo: Continously tunable laser emission from a wedge-shaped organic microcavity, Appl. Phys. Lett. 92, 163309 (2008) beschrieben.A tunable laser with a wedge-shaped resonator is described in Schütte, Goethe, Hintschisch, Sudzius, Fröb, Lysenko, Leo: Continuously tunable laser emission from a wedge-shaped organic microcavity, Appl. Phys. Lett. 92, 163309 (2008).

Es sind elektrisch einstellbare Gitterstrukturen (Veränderung der Gitterkonstante) auf Basis von formveränderbaren, dielektrischen Elastomer-Aktuatoren (DEA, engl. Dielectric Elastomer Actuator), welche mit Hochspannung betrieben werden müssen, in der Druckschrift S. Döring, M. Kollosche, T. Rabe, J. Stumpe, G. Kofod: Electrically Tunable Polymer, DFB Advanced Materials (2011), 4265–4269 beschrieben. Die darin beschriebene Verwendung von Elastomeren mit relativ hohen E-Modul als elastisches Material hat zur Folge, dass die Aktuation des elastischen Materials und damit die Veränderung der Gitterkonstanten unter Hochspannung erfolgen muss. Die Betriebsspannung liegt im Bereich bis zu 4,5 kV bzw. 3,25 kV.There are electrically adjustable grating structures (change of the lattice constant) on the basis of shape-changeable, dielectric elastomer actuators (DEA), which must be operated with high voltage, in the document S. Döring, M. Kollosche, T. Rabe J. Stumpe, G. Kofod: Electrically Tunable Polymer, DFB Advanced Materials (2011), 4265-4269. The use of elastomers having a relatively high modulus of elasticity as an elastic material described therein has the consequence that the actuation of the elastic material and thus the change of the lattice constants must take place under high voltage. The operating voltage is in the range up to 4.5 kV or 3.25 kV.

Ein in 2 dargestellter Interferenzfilter eines durchstimmbaren organischen Lasers mit MEMS ist in der Druckschrift W. Chang, A. Wang, A. Murarka, G. M. Akselrod, C. Packard, J. H. Lang, V. Bulovic: Electrically tunable organic vertical-cavity surface-emitting laser, Appl. Phys. Lett. 105, 073303 (2014) beschrieben, wobei der elektrisch einstellbare Laserresonator 60 eine luftgefüllte Kavität (MEMS) 25 aufweist. Die Herstellung der luftgefüllten Kavität 25 erfordert die Nutzung lithografischer Prozesse sowie die Verwendung einer ultra-dünnen Membran 24 (Schichtdicke < 1 μm), welche auf das vorstrukturierte Substrat mit Abstandhaltern 26 übertragen werden. Sowohl die Verarbeitung als auch das Übertragen der dünnen Membranen 24 auf die Oberfläche sind verhältnismäßig aufwändige Prozesse, die mit hoher Präzision erfolgen müssen, um ein reproduzierbares Resultat zu erzielen. Die Membran 24 ist als flexibler Spiegel und als Elektrode ausgebildet. Ein laseraktives Material 18 befindet sich auf dem hochreflektierenden Spiegel 3, der mit einer vorzugsweise transparenten Elektrode 5 versehen ist, die im Kontakt mit einer Trägerschicht 1 steht. Die elastischen Membranen 24 ändern ihre Position bei Anlegen einer Spannung V an die beiden Elektroden.An in 2 Changshan, A. Wang, A. Murarka, GM Akselrod, C. Packard, JH Lang, V. Bulovic: Electrically Tunable Organic Vertical-Cavity Surface-emitting Laser, Appl , Phys. Lett. 105, 073303 (2014), wherein the electrically adjustable laser resonator 60 an air-filled cavity (MEMS) 25 having. The production of the air-filled cavity 25 requires the use of lithographic processes as well as the use of an ultra-thin membrane 24 (Layer thickness <1 micron), which on the prestructured substrate with spacers 26 be transmitted. Both the processing and the transfer of the thin membranes 24 on the surface are relatively complex processes that must be done with high precision in order to achieve a reproducible result. The membrane 24 is designed as a flexible mirror and as an electrode. A laser active material 18 is located on the highly reflective mirror 3 that with a preferably transparent electrode 5 which is in contact with a carrier layer 1 stands. The elastic membranes 24 change their position when applying a voltage V to the two electrodes.

Gemäß der US 2003/0012250 A1 ist ein externer Laserresonator – ein durchstimmbarer Filter zur Wellenlängenselektion – bekannt. Durch das Einbringen von zwei Interferometern (Etalons) in den Strahlengang des Resonators wird eine Wellenlängenfilterung vorgenommen. Aufgrund der großen optischen Schichtdicke der Interferometer im Vergleich zur Wellenlänge des laseraktiven Materials tritt ein Multimoden-Spektrum mit äquidistanten Energieabständen zwischen den Moden in Abhängigkeit von der optischen Schichtdicke des Etalons auf, wie in 3 der US 2003/0012250 A1 erkennbar ist. Aufgrund der verschiedenen optischen Schichtdicken der beiden Etalons haben beide Filter verschiedene Transmissionspeaks. Durch die Überlagerung beider Spektren kann eine spezielle Wellenlänge gefiltert werden. Um eine Variation der gefilterten Wellenlänge zu erreichen, muss das Transmissionsspektrum eines der beiden Filter durchstimmbar sein. Dies wird in der US 2003/0012250 A1 durch eine Verkippung eines der beiden Etalons oder durch eine Änderung der Schichtdicke mittels einer Steuereinheit erreicht.According to the US 2003/0012250 A1 is an external laser resonator - a tunable filter for wavelength selection - known. By introducing two interferometers (etalons) in the beam path of the resonator, a wavelength filtering is performed. Due to the large optical layer thickness of the interferometers compared to the wavelength of the laser active material, a multimode spectrum with equidistant energy gaps between the modes depending on the optical layer thickness of the etalon, as in 3 of the US 2003/0012250 A1 is recognizable. Due to the different optical layer thicknesses of the two Etalons both filters have different transmission peaks. By superimposing both spectra, a specific wavelength can be filtered. In order to achieve a variation of the filtered wavelength, the transmission spectrum of one of the two filters must be tunable. This is in the US 2003/0012250 A1 achieved by tilting one of the two etalons or by changing the layer thickness by means of a control unit.

Etalon und Filter sind separat angeordnet. Um in dem Laser von US 2003/0012250 A1 eine kontinuierliche Variation der Laserwellenlänge zu erreichen, müssten beide Etalons durchstimmbar gestaltet werden und in Bezug zu einander angesteuert werden. Dieses Verfahren ist aufwändig. Der beschriebene Mechanismus der Variation der optischen Schichtdicke des Etalons wird durch eine Temperaturveränderung verursacht. Die Temperaturänderung wird durch stromdurchflossene Elektroden erzielt, welche sich aufgrund der umgesetzten Leistung am ohmschen Widerstand erwärmen. Durch die Temperaturänderung ändert sich das Volumen des Materials entsprechend dessen thermischen Ausdehnungskoeffizienten.Etalon and filter are arranged separately. To be in the laser of US 2003/0012250 A1 To achieve a continuous variation of the laser wavelength, both Etalons would have to be made tunable and controlled in relation to each other. This process is complicated. The described mechanism of variation of the optical layer thickness of the etalon is caused by a temperature change. The temperature change is achieved by current-carrying electrodes, which heat up due to the power converted to the ohmic resistance. Due to the temperature change, the volume of the Material according to its thermal expansion coefficient.

Der gemäß US 2004/0258107 A1 bekannte Laser besteht aus einem externen Laserresonator (3–25 mm), in dem ein separates Filterelement eingebracht wird, das Filtern der Wellenlänge wird mittels eines mikromechanischen Bauelementes (MEMS) erreicht. Gemäß der US 2004/0258107 A1 sind zwei separate Elemente, ein externer Laserresonator und ein Filterelement, angeordnet sowie ein mikromechanisches Element notwendig, welches aufwändig in der Herstellung ist.The according to US 2004/0258107 A1 known laser consists of an external laser resonator (3-25 mm), in which a separate filter element is introduced, the filtering of the wavelength is achieved by means of a micromechanical device (MEMS). According to the US 2004/0258107 A1 are two separate elements, an external laser resonator and a filter element, arranged and a micromechanical element necessary, which is expensive to manufacture.

In der Druckschrift US 5 218 610 A ist ebenso ein durchstimmbarer Laser in einem externen Resonator beschrieben. Die Variation der Wellenlänge wird durch ein zusätzlich in den Strahlengang eingebrachtes Filterelement umgesetzt. Das Filterelement besteht aus einer Phasenplatte und einem Filterelement aus Flüssigkristallen. Der Mechanismus der Wellenlängenselektivität bezieht sich hier auf das Filtern einer speziellen Phase und nicht auf die Variation der optischen Resonatorlänge.In the publication US 5 218 610 A Also, a tunable laser in an external resonator is described. The variation of the wavelength is converted by an additionally introduced into the beam path filter element. The filter element consists of a phase plate and a filter element of liquid crystals. The mechanism of wavelength selectivity here refers to the filtering of a particular phase and not to the variation of the optical cavity length.

Gemäß der US 5 218 610 A gibt es zwei separat angeordnete Elemente: einen externen Laserresonator und ein Filterelement.According to the US 5 218 610 A There are two separate elements: an external laser resonator and a filter element.

Die Druckschrift US 2010/0134803 A1 zeigt die Möglichkeit auf, die Wellenlänge eines externen Laserresonators zu variieren, indem die Position der beiden Spiegel zueinander verschoben wird.The publication US 2010/0134803 A1 shows the possibility of varying the wavelength of an external laser cavity by shifting the position of the two mirrors relative to each other.

Es handelt sich dabei wiederum um einen externen Resonator, nicht um ein einstückiges Bauelement mit Schichtstapel. In der US 2010/0134803 A1 gibt es kein einstückiges Bauelement, stattdessen einen externen Laserresonator.Again, this is an external resonator, not a one-piece device with a layer stack. In the US 2010/0134803 A1 There is no one-piece device, instead an external laser resonator.

Nachteile der bekannten Lösungen:

  • – Es gibt kein kompaktes Bauelement, aber dafür eine aufwändigere Herstellung und Justierung sowie eine höhere Laserschwelle,
  • – die Wellenlänge ist nur positionsabhängig einstellbar,
  • – die Emission erfolgt an der Kante und nicht von der Oberfläche,
  • – eine hohe Betriebsspannung und dadurch eine hohe Laserschwelle,
  • – es erfolgt eine aufwändige Herstellung mit Lithografie und dünnen Membranen, sie können nur in inerter Atmosphäre betrieben werden.
Disadvantages of the known solutions:
  • - There is no compact component, but for a more complex production and adjustment and a higher laser threshold,
  • The wavelength is only positionally adjustable,
  • - the emission takes place on the edge and not on the surface,
  • A high operating voltage and thus a high laser threshold,
  • - There is a complicated production with lithography and thin membranes, they can only be operated in an inert atmosphere.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laser anzugeben, der derart ausgebildet ist, dass zumindest ein verschiebbares Emissionswellenlängenband für ein Lasermedium mit breitem Emissionsspektrum erreichbar ist, dass die Betriebsspannung wesentlich gesenkt werden kann und dass der Aufwand zur Erstellung des Laserresonators verringert wird.The invention has for its object to provide a laser which is designed such that at least one displaceable emission wavelength band for a laser medium with a broad emission spectrum can be achieved, that the operating voltage can be significantly reduced and that the cost of creating the laser resonator is reduced.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Der Laser umfasst zumindest

  • – einen optischen Resonator mit einer transparenten Resonatorschicht, die sich zwischen mindestens zwei Spiegeln befindet und die zur Erzeugung mindestens eines sich bei einer definierten Resonatorlänge l ausbildenden resonanten Wellenlängenbandes Δλ aus einem durch den Aufbau des Resonators bestimmten Wellenlängenbereich dient,
  • – ein laseraktives Material zur Erzeugung des Wellenlängenbandes aus dem Wellenlängenspektrum, wobei sich das laseraktive Material zumindest in einem Teil der Resonatorschicht befindet,
  • – eine Pumpquelle zur Anregung des laseraktiven Materials,
wobei das emittierte Wellenlängenband des Lasers bei einer bestimmten Pumpleistung aus einer Überlagerung des Wellenlängenspektrums des laseraktiven Materials und den resonanten Moden des Resonators entsteht,
wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1
der Resonator zu einem Dünnschichtaktuator gehört und der Dünnschichtaktuator als Schichtstapel gemeinsam mit dem Resonator einen optischen Interferenzfilter ausbildet,
wobei der Dünnschichtaktuator eine Aktuatorschicht zwischen zwei an eine Spannungssteuereinheit angeschlossenen, voneinander beabstandeten und mit der Aktuatorschicht in Verbindung stehenden Elektroden aufweist, wobei die Aktuatorschicht zumindest einen Teil der Resonatorschicht bildet, die zumindest zum Teil aus elastischem, die Resonatorlänge l unter Spannung veränderndem Material besteht, und wobei das elastische Material reversibel formveränderbar und ein dielektrischer Elastomer ist.The object is solved by the features of patent claim 1. The laser includes at least
  • An optical resonator having a transparent resonator layer which is located between at least two mirrors and which serves to generate at least one resonant wavelength band Δλ forming at a defined resonator length l from a wavelength range determined by the structure of the resonator,
  • A laser-active material for generating the wavelength band from the wavelength spectrum, wherein the laser-active material is located at least in a part of the resonator layer,
  • A pump source for exciting the laser active material,
wherein the emitted wavelength band of the laser at a certain pump power results from a superposition of the wavelength spectrum of the laser-active material and the resonant modes of the resonator,
wherein according to the characterizing part of patent claim 1
the resonator belongs to a thin-film actuator and the thin-film actuator forms, as a layer stack, an optical interference filter together with the resonator,
the thin-film actuator having an actuator layer between two electrodes spaced apart from one another and connected to the actuator layer, the actuator layer forming at least part of the resonator layer consisting at least in part of elastic material changing the resonator length l under voltage, and wherein the elastic material is reversibly deformable and a dielectric elastomer.

Der Laser kann dabei zumindest umfassen

  • – eine als Substrat ausgebildete Trägerschicht,
  • – eine erste Elektrode, die im Kontakt mit der Trägerschicht steht,
  • – einen dielektrischen ersten Spiegel, der im Kontakt mit der ersten Elektrode steht,
  • – eine transparente Resonatorschicht, die mit dem dielektrischen ersten Spiegel im Kontakt steht,
  • – eine Metallelektrode, die mit der transparenten Resonatorschicht im Kontakt steht, wobei der Metallelektrode ein der transparenten Resonatorschicht zugewandter Metallspiegel als zweiter Spiegel zugeordnet ist,
wobei die transparente Resonatorschicht aus elastischem Material gebildet ist, wobei die Elektroden sowie die Aktuatorschicht in Form eines Schichtstapels zwischen den Elektroden einen mit einstellbarer angelegter Spannung V betätigbaren Dünnschichtaktuator ausbildet, wobei das elastische Material der Resonatorschicht mit einem in das elastische Material eingemischten laseraktiven Material zu einer ausgebildeten Resonatorschicht, das ein Wellenlängenspektrum nach einem optischen oder elektrischen Energiepumpen erzeugt, in Verbindung steht.The laser can at least include
  • A substrate layer formed as a substrate,
  • A first electrode in contact with the carrier layer,
  • A dielectric first mirror in contact with the first electrode,
  • A transparent resonator layer in contact with the dielectric first mirror,
  • A metal electrode which is in contact with the transparent resonator layer, wherein the metal electrode is assigned a metal mirror facing the transparent resonator layer as a second mirror,
wherein the transparent resonator layer is formed of elastic material, wherein the electrodes and the actuator layer in the form of a Layer layer between the electrodes forms an adjustable voltage applied to V actuatable thin-film actuator, wherein the elastic material of the resonator layer is connected with a mixed into the elastic material laser-active material to form a resonator layer which generates a wavelength spectrum after an optical or electrical energy pumping.

Das laseraktive Material kann dem elastischen Material gleichmäßig verteilt beigemischt sein.The laser-active material may be added to the elastic material distributed evenly.

Ein anderer aus Resonatorschicht und Dünnschichtaktuator bestehender optischer Interferenzfilter des Lasers kann zumindest umfassen

  • – eine als Substrat ausgebildete Trägerschicht,
  • – eine Elektrode, die im Kontakt mit der Trägerschicht steht,
  • – einen dielektrischen ersten Spiegel, der im Kontakt mit der Elektrode steht,
  • – eine mit einem Freiraum versehene transparente Resonatorschicht, die mit dem dielektrischen ersten Spiegel im Kontakt steht,
  • – eine Metallelektrode, die mit der transparenten Resonatorschicht im Kontakt steht und sich zwischen der transparenten Resonatorschicht und dem Freiraum befindet,
wobei die transparente Resonatorschicht aus elastischem Material gebildet ist, wobei der Schichtstapel zwischen den Elektroden mit den beiden beabstandeten Elektroden einen mit einstellbarer angelegter Spannung V betätigbaren Dünnschichtaktuator darstellt, wobei das elastische Material mit einem in das elastische Material eingemischten laseraktiven Material, das ein Wellenlängenspektrum nach einem optischem oder elektrischem Energiepumpen erzeugt, in Verbindung steht, wobei die Metallelektrode mit transparenten Durchgängen oder Öffnungen ausgebildet ist, der ein den Freiraum begrenzender, dielektrischer zweiter Spiegel gegenüberliegend zur Ausbildung eines Resonators mit den genannten Schichten angeordnet ist.Another optical interference filter of the laser consisting of resonator layer and thin-film actuator may at least comprise
  • A substrate layer formed as a substrate,
  • An electrode in contact with the carrier layer,
  • A dielectric first mirror in contact with the electrode,
  • A transparent resonator layer provided with a clearance, which is in contact with the dielectric first mirror,
  • A metal electrode in contact with the transparent resonator layer and located between the transparent resonator layer and the space,
the transparent resonator layer being formed of elastic material, the stack of layers between the electrodes having the two spaced electrodes being a thin film actuator operable with adjustable applied voltage V, the elastic material having a laser active material interspersed in the elastic material and having a wavelength spectrum after one optical or electrical energy pumping is generated, wherein the metal electrode is formed with transparent passages or openings, which is arranged a free space delimiting, dielectric second mirror opposite to form a resonator with said layers.

Der dielektrische zweite Spiegel kann der Metallelektrode außerhalb des Dünnschichtaktuators gegenüberliegen und zwischen beiden der Freiraum vorhanden sein.The dielectric second mirror may oppose the metal electrode outside of the thin film actuator and the space between them may be present.

Der dielektrische zweite Spiegel kann als Schicht mit einer ortsveränderlichen zweiten Trägerschicht in Verbindung stehen.The dielectric second mirror may be in the form of a layer associated with a mobile second carrier layer.

Ein weiterer optischer Interferenzfilter eines Lasers kann zumindest umfassen

  • – eine als Substrat ausgebildete Trägerschicht,
  • – eine erste Elektrode, die im Kontakt mit der Trägerschicht steht,
  • – einen dielektrischen ersten Spiegel, der im Kontakt mit der ersten Elektrode steht,
  • – eine transparente Resonatorschicht, die mit dem dielektrischen ersten Spiegel im Kontakt steht,
  • – eine Metallelektrode, die mit der transparenten Resonatorschicht im Kontakt steht,
wobei die transparente Resonatorschicht aus elastischem Material gebildet ist,
wobei der Schichtstapel zwischen den Elektroden mit den beiden Elektroden einen mit einstellbarer angelegter Spannung V betätigbaren Dünnschichtaktuator ausbildet, wobei das elastische Material mit einem laseraktiven Material, das ein Wellenlängenspektrum nach einem optischem oder elektrischem Energiepumpen erzeugt, in Verbindung steht,
wobei das laseraktive Material als einzelne Schicht einerseits mit der transparenten Resonatorschicht aus elastischem Material und andererseits mit der Metallelektrode in Verbindung steht und Teil des optischen Resonators ist.Another optical interference filter of a laser may at least comprise
  • A substrate layer formed as a substrate,
  • A first electrode in contact with the carrier layer,
  • A dielectric first mirror in contact with the first electrode,
  • A transparent resonator layer in contact with the dielectric first mirror,
  • A metal electrode in contact with the transparent resonator layer,
wherein the transparent resonator layer is formed of elastic material,
wherein the layer stack between the electrodes forms with the two electrodes a thin film actuator operable with adjustable applied voltage V, the elastic material being in communication with a laser active material generating a wavelength spectrum after optical or electrical energy pumping,
wherein the laser-active material as a single layer on the one hand with the transparent resonator layer made of elastic material and on the other hand with the metal electrode in connection and is part of the optical resonator.

Ein weiterer anderer optischer Interferenzfilter eines Lasers kann einen Hohlraumresonator enthalten, wobei zwischen dem dielektrischen ersten Spiegel und der Metallelektrode eine Kombination einer Schicht des elastischen Materials und einer einzelnen Schicht von laseraktivem Material angeordnet ist, wobei der zweite Spiegel als dielektrischer Spiegel zumindest mit einem Teil der Metallelektrode kontaktiert und die Aktuatorschicht aus einer ersten Teilschicht aus elastischem Material und einer zweiten Teilschicht aus elastischem Material nebst Hohlraum sowie einer parallel zum Hohlraum sich befindenden Teilschicht aus laseraktivem Material besteht, wobei die Teilschichten randseitig neben der Teilschicht angeordnet sind und wobei zwischen der Teilschicht und dem gegenüberliegenden zweiten dielektrischen Spiegel der Hohlraum vorhanden ist.Another optical interference filter of a laser may include a cavity resonator, wherein a combination of a layer of the elastic material and a single layer of laser active material is disposed between the dielectric first mirror and the metal electrode, the second mirror being at least a part of the dielectric mirror Metal electrode contacted and the actuator layer consists of a first part layer of elastic material and a second part layer of elastic material and cavity and a parallel to the cavity located partial layer of laser active material, wherein the sub-layers are arranged edge side next to the sub-layer and wherein between the sub-layer and the opposite second dielectric mirror of the cavity is present.

Der optische Interferenzfilter eines Lasers kann zusammenfassend zumindest einen optischen Resonator aufweisen mit

  • – einer Trägerschicht,
  • – einem ersten Spiegel,
  • – einer transparente, aus einem Material bestehende Schicht,
  • – einem zweiten Spiegel,
wobei die transparente Schicht zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Spiegeln zur Ausbildung einer Interferenz eines Wellenlängenspektrums in optischem Kontakt angeordnet ist,
wobei der Interferenzfilter auch einen Dünnschichtaktuator umfasst, der zumindest ausweist
  • – eine mit der transparenten Schicht in Verbindung stehende erste Elektrode,
  • – eine mit der transparenten Schicht in Verbindung stehende zweite Elektrode,
  • – eine Spannungssteuereinheit, die Kontaktierungsanschlüsse zu den Elektroden aufweist, wobei die transparente Schicht mit den beiden Elektroden in elektrischem Kontakt steht,
wobei die transparente Schicht als eine elastische transparente Schicht aus einem elastischen Material ausgebildet ist, deren physikalische Schichtdickenänderung Δz spannungsabhängig ist, wobei die elastische transparente Schicht zwischen den Spiegeln und den beiden Elektroden angeordnet ist, wobei die Trägerschicht, die erste Elektrode, der erste Spiegel und die elastische transparente Schicht, der zweite Spiegel sowie die zweite Elektrode einen zusammengesetzten Schichtstapel darstellen, wobei zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode während des Betriebs des Dünnschichtaktuators eine einstellbare Spannung V anliegt und wobei die einstellbare angelegte Spannung V die Schichtdicke z der elastischen transparenten Schicht durch eine physikalische Schichtdickenänderung Δz ausdehnen oder komprimieren lässt, so dass mit der physikalischen Schichtdickenänderung/Deformation Δz eine optische Resonatorlänge l erreicht wird, bei der aus dem von einem beigefügten laseraktiven Material erzeugten Wellenlängenspektrum infolge eines Energiepumpvorgangs ein selektives Filtern zumindest eines von der eingestellten Schichtdickenänderung Δz abhängigen emittierbaren Wellenlängenbandes Δλ erreichbar ist.The optical interference filter of a laser can in summary comprise at least one optical resonator
  • A carrier layer,
  • A first mirror,
  • A transparent layer made of a material,
  • A second mirror,
wherein the transparent layer is disposed in optical contact between the two opposing mirrors to form an interference of a wavelength spectrum,
wherein the interference filter also includes a thin film actuator that at least identifies
  • A first electrode in communication with the transparent layer,
  • A second electrode in communication with the transparent layer,
  • A voltage control unit having contacting terminals to the electrodes, the transparent layer being in electrical contact with the two electrodes,
wherein the transparent layer is formed as an elastic transparent layer of an elastic material whose physical layer thickness change Δz is voltage-dependent, the elastic transparent layer being interposed between the mirrors and the two electrodes, wherein the support layer, the first electrode, the first mirror and the elastic transparent layer, the second mirror and the second electrode constitute a composite layer stack, wherein between the first electrode and the second electrode during operation of the Dünnschichtaktuators an adjustable voltage V is applied and wherein the adjustable applied voltage V, the layer thickness z of the elastic transparent layer can be expanded or compressed by a physical layer thickness change Δz so that the physical layer thickness change / deformation Δz achieves an optical resonator length l from that of an attached laser As a result of an energy pumping operation, selective filtering of at least one wavelength band Δλ dependent on the set layer thickness change Δz can be achieved.

Das laseraktive Material in den Resonatorschichten des elastischen Materials kann gleichmäßig verteilt beigemischt sein.The laser-active material in the resonator layers of the elastic material can be mixed evenly distributed.

Die Trägerschicht kann transparent und z. B. eine Glasschicht/Glassubstrat sein.The carrier layer can be transparent and z. B. be a glass layer / glass substrate.

Der dielektrische Elastomer kann ein Silikongel sein.The dielectric elastomer may be a silicone gel.

Die erste Elektrode kann eine Indiumzinnoxid(ITO)-Elektrode sein.The first electrode may be an indium tin oxide (ITO) electrode.

Die zweite Elektrode kann vorzugsweise eine Silberelektrode sein.The second electrode may preferably be a silver electrode.

Die Trägerschicht kann als flexibles Substrat in Form von Folien mit aufgebrachter flexibler Elektrode ausgebildet sein.The carrier layer may be formed as a flexible substrate in the form of films with applied flexible electrode.

Bei der Funktionsweise des Lasers in Transmission in Richtung zum Detektor kann die erste Elektrode und die Trägerschicht transparent und bei der Funktionsweise des Lasers in Reflexion in Richtung optischer Pumpquelle kann die erste Elektrode und/oder die Trägerschicht nicht durchlässig ausgebildet sein.In the mode of operation of the laser in transmission in the direction of the detector, the first electrode and the carrier layer may be transparent, and in the mode of operation of the laser in reflection in the direction of the optical pump source, the first electrode and / or the carrier layer may not be permeable.

Die Elektroden des optischen Interferenzfilters eines Lasers können als

  • – Graphen,
  • – leitfähige Polymere,
  • – dünne transparente Metallschichten,
  • – dicke nicht transparente Metallschichten,
  • – leitfähiger Elastomer durch Zusatz von leitfähigen Partikeln,
  • – leitfähigen Nanodrähten
und Kombinationen aus den genannten Varianten ausgebildet sein.The electrodes of the optical interference filter of a laser can be used as
  • - graphs,
  • Conductive polymers,
  • Thin transparent metal layers,
  • Thick non-transparent metal layers,
  • Conductive elastomer by addition of conductive particles,
  • - conductive nanowires
and combinations of said variants be formed.

Die beiden sich gegenüberliegenden Spiegel können beidseitig als zueinander zugewendete Metallspiegel ausgebildet sein.The two opposing mirrors can be formed on both sides as mutually facing metal mirror.

Als transparente Resonatorschicht kann auch elastisches Material wie dielektrische Elastomere, ferroelektrische Polymere, Flüssigkristalle, elektrostriktive Polymere, Hydrogele eingesetzt sein.Elastic material such as dielectric elastomers, ferroelectric polymers, liquid crystals, electrostrictive polymers, hydrogels can also be used as the transparent resonator layer.

Ein Laser besteht demnach im Wesentlichen aus den folgenden Bestandteilen:

  • – einem laseraktiven Material, bei dem Licht mit einer bestimmten Wellenlänge bzw. Wellenlängenspektrum beim Durchgang durch dieses Material durch den Prozess der stimulierten Emission verstärkt wird,
  • – einer Pumpquelle, um das laseraktive Material anzuregen, was elektrisch in Form einer das laseraktive Material darstellenden Laserdiode oder optisch mittels Dioden, Laser, Blitzlampen oder chemisch erfolgen kann,
  • – einem optischen Resonator, der das Modenspektrum (Position, Schärfe und Form) durch Resonatorlänge und -form bestimmt.
Accordingly, a laser essentially consists of the following components:
  • A laser-active material in which light of a specific wavelength or wavelength spectrum is intensified as it passes through this material through the process of stimulated emission,
  • A pump source to excite the laser active material, which may be in the form of a laser diode representing the laser active material or optically by means of diodes, lasers, flash lamps or chemically,
  • - An optical resonator, which determines the mode spectrum (position, sharpness and shape) by resonator length and shape.

Erfindungsgemäß können sich aus der Kombination des Laserresonators und des Dünnschichtaktuators aus elastischem Material zu einem optischen Interferenzfilter verschiedene Kombinationen aus Resonator und Aktuator sowie das Einbringen von mindestens einem laseraktiven Material in den Interferenzfilter ergeben:

  • – 1. Das laseraktive Material befindet sich im Elastomer eingemischt. Durch das Anlegen einer Spannung V zwischen (transparenter) Elektrode und Metallspiegel ändert sich die Resonatorlänge und damit die Emissionswellenlänge, wobei der Laser optisch gepumpt wird,
  • – 2. es kann eine separate laseraktive Schicht im Resonator eingebracht sein, die in Form einer „Leuchtdiode (organisch oder anorganisch)” als elektrisch gepumptes laseraktives Material oder in Form von mindestens einer Schicht aus optisch gepumptem laseraktiven Material bestehen kann.
  • – 3. in Kombination mit einem externen hochreflektierenden Spiegel als externer Resonator
  • – strukturierte Metallelektrode
  • – laseraktives Material entweder in elastisches Material integriert nach 1. oder als separate Schicht nach 2.
  • – als Resonator wird die Struktur zwischen den zwei Spiegel ohne Metall genutzt,
  • – beim Anlegen einer Spannung zwischen der unteren ersten Elektrode und den Metallkontakten wird der Elastomer in die offenen Bereiche zwischen den Metallkontakten verdrängt, da das Volumen der elastischen Schicht inkompressibel ist,
  • – Ausdehnen der Schichtdicke mit Δz',
  • – aufgrund des höheren Brechungsindex des Elastomers im Vergleich zur Luft bzw. gasgefüllten Hohlraumresonator erhöht sich die optische Weglänge im Resonator l + Δl mit Δloptisch = (nElastomer – nHohlraum)☐Δz', was zu einer Rotverschiebung der resonanten Moden führt,
  • – 4. Hohlraumresonator mit laseraktivem Medium, das elektrisch oder optisch gepumpt wird, wobei ein zweiter Spiegel auf zwei Dünnschichtaktuatoren aus elastischen Materialien gelagert sein kann, wobei die Materialien beim Anlegen einer Spannung komprimiert werden, so dass sich zumindest ein Spiegel bewegt, was dazu führt, dass die Resonatorlänge l abnimmt,
According to the invention, the combination of the laser resonator and the thin-film actuator of elastic material to form an optical interference filter can result in different combinations of resonator and actuator and the introduction of at least one laser-active material into the interference filter:
  • - 1. The laser-active material is mixed in the elastomer. By applying a voltage V between (transparent) electrode and metal mirror, the resonator length and thus the emission wavelength, whereby the laser is optically pumped,
  • - 2. it may be a separate laser-active layer introduced in the resonator, which may be in the form of a "light emitting diode (organic or inorganic)" as electrically pumped laser active material or in the form of at least one layer of optically pumped laser active material.
  • - 3. in combination with an external highly reflective mirror as an external resonator
  • - structured metal electrode
  • - laser active material either integrated in elastic material according to 1. or as a separate layer according to 2.
  • - As a resonator, the structure between the two mirrors is used without metal,
  • Upon application of a voltage between the lower first electrode and the metal contacts, the elastomer is displaced into the open areas between the metal contacts, since the volume of the elastic layer is incompressible,
  • Expanding the layer thickness with Δz ',
  • - Due to the higher refractive index of the elastomer compared to the air or gas-filled cavity resonator increases the optical path length in the resonator l + .DELTA.l with .DELTA.l optical = (n elastomer - n cavity ) ☐Δz ', which leads to a redshift of the resonant modes,
  • 4. Cavity resonator with laser-active medium, which is pumped electrically or optically, wherein a second mirror may be mounted on two thin-layer actuators made of elastic materials, wherein the materials are compressed upon application of a voltage, so that at least one mirror moves, resulting in in that the resonator length l decreases,

Die Laser können mit mindestens einem anorganischen III-V-, III-VI-Halbleiter als laseraktivem Material ausgebildet sein.The lasers can be formed with at least one inorganic III-V, III-VI semiconductor as the laser-active material.

Die Laser können mit zumindest einem organischen laseraktiven Material für die Schicht als Bemischung in den Elastomer Rhodaminfarbstoffe z. B. Rhodamin B (9-(2-Carboxyphenyl)-3,6-bis(diethylamino)xanthyliumchlorid), Pyrromethene 567 (Difluoro{3-ethyl-5-[1-(4-ethyl-3,5-dimethyl-2H-pyrrol-2-ylidene-N)ethyl]-2,4-dimethyl-1H-pyrrolato-N}boron) oder Pyrromethene 597 (Difluoro(4-(1,1-dimethylethyl)-2-{1-[4-(1,1-dimethylethyl)-3,5-dimethyl-2H-pyrrol-2-ylidene-N]ethyl}-3,5-dimethyl-1H-pyrrol-2-ylidene-N]ethyl}-3,5-dimethyl-1H-pyrrolato-N)boron) für 20 als separate Schicht z. B. Alq3:DCM (Aluminium-tris(8-hydroxychinolin dotiert mit 4-(Dicyanomethyl)-2-methyl-6-(4-dimethyl-amino-styryl)-4-H-pyran) ausgebildet sein.The lasers can with at least one organic laser-active material for the layer as a mixture in the elastomer rhodamine z. Rhodamine B (9- (2-carboxyphenyl) -3,6-bis (diethylamino) xanthylium chloride), pyrromethene 567 (difluoro {3-ethyl-5- [1- (4-ethyl-3,5-dimethyl-2H -pyrrol-2-ylidenes-N) ethyl] -2,4-dimethyl-1H-pyrrolato-N, boron) or pyrromethenes 597 (difluoro (4- (1,1-dimethylethyl) -2- {1- [4- (1,1-dimethylethyl) -3,5-dimethyl-2H-pyrrol-2-ylidene-N] ethyl} -3,5-dimethyl-1H-pyrrol-2-ylidene-N] ethyl} -3,5- dimethyl-1H-pyrrolato-N) boron) for 20 as a separate layer, for. Alq 3 : DCM (aluminum tris (8-hydroxyquinoline doped with 4- (dicyanomethyl) -2-methyl-6- (4-dimethylamino-styryl) -4-H-pyran).

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem, dass Dünnschichtaktuatoren aus dielektrischen Elastomeren eine kostengünstige und einfach implementierbare Alternative zu herkömmlichen Lasern mit Interferenzfiltern darstellen. Im Gegensatz zu dem MEMS-Konzept in der Druckschrift Chang, Wang et al.: Electrically tunable organic vertical-cavity surface-emitting laser, Appl. Phys. Lett. 105, 073303 (2014), sind sie vielseitig strukturierbar, da der Aufbau nicht durch Verwendung einer verformbaren Membran limitiert wird. Weiterhin ist es nicht notwendig, aufwändige Lithografieverfahren für die Herstellung einzusetzen.Among the advantages of the invention are that dielectric elastomer thin film actuators are an inexpensive and easily implementable alternative to conventional interference filter lasers. In contrast to the MEMS concept in the Chang, Wang et al.: Electrically tunable organic vertical-cavity surface-emitting laser, Appl. Phys. Lett. 105, 073303 (2014), they are versatile structurable, since the structure is not limited by the use of a deformable membrane. Furthermore, it is not necessary to use expensive lithographic processes for the production.

Die Emissionswellenlänge eines Lasers ist abhängig von der Länge l und der Form des Resonators. Mittels des Dünnschichtaktuators aus reversibel formveränderbaren und elastischen, dielektrischen Polymeren ist es möglich, die Resonatorlänge l zu variieren und in Zusammenwirkung mit den Dünnschichtaktuatoreigenschaften somit einen elektrisch durchstimmbaren Laser zu realisieren.The emission wavelength of a laser is dependent on the length l and the shape of the resonator. By means of the thin-film actuator of reversibly shape-changeable and elastic, dielectric polymers, it is possible to vary the resonator length l and thus to realize, in cooperation with the thin-film actuator properties, an electrically tunable laser.

Weiterbildungen und spezielle Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.Further developments and special embodiments of the invention are specified in subclaims.

Die Erfindung wird mittels Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert.The invention will be explained by means of exemplary embodiments with reference to drawings.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Lasers zur Erzeugung von vorgegebenen Wellenlängenbändern nach dem Stand der Technik, 1 a schematic representation of a laser for generating predetermined wavelength bands according to the prior art,

2 eine schematische Darstellung eines Laserresonators mit MEMS nach dem Stand der Technik, 2 a schematic representation of a laser resonator with MEMS according to the prior art,

3 eine schematische Darstellung eines Interferenzfilters eines Lasers zur Erzeugung von vorgegebenen Wellenlängenbändern aus dem erzeugten Wellenlängenspektrum mit optischem Resonator und Dünnschichtaktuator einschließlich zugehöriger Spannungssteuereinheit, wobei ein Teil der emittierten Wellenlängenbänder von einem Detektor registriert wird, 3 a schematic representation of an interference filter of a laser for generating predetermined wavelength bands from the generated wavelength spectrum with optical resonator and Dünnschichtaktuator including associated voltage control unit, wherein a portion of the emitted wavelength bands is registered by a detector,

4 eine schematische Darstellung eines Schicht-Aufbaus eines erfindungsgemäßen Interferenzfilters für einen Laser, bei dem ein laseraktives Material in Form von Farbstoffpartikeln in die Resonatorschicht, bestehend aus elastischem Material, eingemischt ist, 4 a schematic representation of a layer structure of an interference filter according to the invention for a laser, in which a laser-active material in the form of dye particles in the resonator layer, consisting of elastic material, is mixed,

5 eine schematische Darstellung eines Schicht-Aufbaus eines erfindungsgemäßen Interferenzfilters für einen Laser, wobei ähnlich 4 dem elastischen Material laseraktives Material beigemischt ist und die Metallelektrode mehrere transparente Durchgänge und Öffnungen aufweist sowie ein Spiegel des Resonators sich außerhalb des Dünnschichtaktuators befindet, 5 a schematic representation of a layer structure of an inventive interference filter for a laser, wherein similar 4 the elastic material laser-active material is mixed and the metal electrode has a plurality of transparent passages and openings and a mirror of the resonator is located outside the Dünnschichtaktuators,

6 eine schematische Darstellung eines Schicht-Aufbaus eines erfindungsgemäßen Interferenzfilters für einen Laser, wobei im Schicht-Aufbau eine Einzelschicht/Schicht von laseraktivem Material im Schicht-Anschluss an der elastischen Schicht angebracht ist, 6 1 a schematic representation of a layer structure of an interference filter according to the invention for a laser, wherein in the layer structure a single layer / layer of laser-active material is applied in the layer connection to the elastic layer,

7 eine schematische Darstellung eines Schicht-Aufbaus eines erfindungsgemäßen Interferenzfilters für einen Laser mit einem Hohlraumresonator, wobei zwischen dem einen dielektrischen ersten Spiegel einerseits und einem anderen dielektrischen zweiten Spiegel und einer mit einem offenen Durchgang versehenen Metallelektrode andererseits eine Kombination einer Schicht des elastischen Materials und einer Schicht von laseraktivem Material gemäß 5 nebeneinander angeordnet sind, 7 a schematic representation of a layer structure of an inventive Interference filter for a laser with a cavity resonator, wherein between the one dielectric first mirror on the one hand and another dielectric second mirror and an open-ended metal electrode on the other hand, a combination of a layer of the elastic material and a layer of laser active material according to 5 are arranged side by side,

8 schematische Darstellungen von einfachen Dünnschichtaktuatoren nach dem Stand der Technik, wobei 8th schematic representations of simple thin-film actuators according to the prior art, wherein

8a einen Dünnschichtaktuator ohne angelegte Spannung V und 8a a thin film actuator without applied voltage V and

8b den Dünnschichtaktuator mit angelegter Spannung V und einer Schichtdickenänderung Δz (Komprimierung) der Schichtdicke z und Deformationen
zeigen, 8b the thin film actuator with applied voltage V and a layer thickness change Δz (compression) of the layer thickness z and deformations
demonstrate,

9 Darstellungen eines erfindungsgemäßen optischen Interferenzfilters für die Laser mit Elektroden-Metallkontaktstreifen, wobei 9 Representations of an optical interference filter according to the invention for the laser with electrode metal contact strips, wherein

9a eine Explosionsdarstellung des optischen Interferenzfilters und 9a an exploded view of the optical interference filter and

9b eine Draufsicht des optischen Interferenzfilters nach 9a zeigen, 9b a plan view of the optical interference filter according to 9a demonstrate,

10 eine Darstellung einer optischen Schichtdicke(/)/Wellenlänge(λ)-Kurve für eine dünne elastische transparente Schicht, 10 a representation of an optical layer thickness (/) / wavelength (λ) curve for a thin elastic transparent layer,

11 eine Darstellung einer optischen Schichtdicke(/)/Wellenlängen(λ)-Kurve für eine dicke elastische transparente Schicht, 11 a representation of an optical layer thickness (/) / wavelengths (λ) curve for a thick elastic transparent layer,

12 eine Darstellung von Spannungs(V)/Wellenlänge(λ)-Kurven, 12 a plot of voltage (V) / wavelength (λ) curves,

13 eine Darstellung einer Wellenlängen(λ)/Spannungs(V)-Kurve und einer zugehörigen Schichtdickendeformations(Δz)/Spannungs(V)-Kurve, 13 a representation of a wavelength (λ) / voltage (V) curve and an associated Schichtdickendeformations (Az) / voltage (V) curve,

14 Darstellungen von Transmissions(τ)/Wellenlängen(λ)-Kurven mit Parameter: angelegte Spannung V, 14 Representations of transmission (τ) / wavelength (λ) curves with parameter: applied voltage V,

15 Darstellungen einer Wellenlängen(λ)/Spannung(V)-Kurve und zugehöriger Schichtdickendeformations(Δz)/Spannungs(V)-Kurve, 15 Representations of a wavelength (λ) / voltage (V) curve and associated layer thickness deformation (Δz) / voltage (V) curve,

16a eine Schichtdeformations(Δz)/Position(z)-Kurve bei räumlich variierender Schichtdickendeformation und einem auftretenden Maximum innerhalb der Fläche der eingesetzten Metallelektrode, 16a a layer deformation (Δz) / position (z) curve with spatially varying layer thickness deformation and a maximum occurring within the area of the metal electrode used,

16b eine Schichtdickendeformations(Δz)/Position(z)-Kurve bei räumlich variierender Schichtdickendeformation und zwei auftretenden Minima innerhalb der Fläche der Metallelektrode und 16b a layer thickness deformation (Δz) / position (z) curve with spatially varying layer thickness deformation and two minima occurring within the surface of the metal electrode and

17 eine Darstellung der Kapazität(C)/Spannungs(V)-Kurve des Bauteils optischer Interferenzfilter in Abhängigkeit von der angelegten Spannung V. 17 a representation of the capacitance (C) / voltage (V) curve of the component of optical interference filter as a function of the applied voltage V.

Im Folgenden werden die 3 und 4 gemeinsam betrachtet. Ein in 3 schematisch dargestellter Laser 10 umfasst zumindest

  • – einen optischen Resonator mit einer transparenten Resonatorschicht, die sich zwischen mindestens zwei Spiegeln befindet und die zur Erzeugung mindestens eines sich bei einer definierten Resonatorlänge l ausbildenden resonanten Wellenlängenbandes Δλ 28, 29 aus einem im Bereich des Resonators erzeugten Wellenlängenspektrum dient,
  • – ein laseraktives Material zur Erzeugung des Wellenlängenbandes 64, 65 aus dem Wellenlängenspektrum, wobei sich das laseraktive Material zumindest in einem Teil der Resonatorschicht befindet, und
  • – eine Pumpquelle zur Anregung des laseraktiven Materials,
wobei das emittierte Wellenlängenband 28, 29 des Lasers 10 bei einer vorgegebenen Pumpleistung 63 aus einer Überlagerung des Wellenlängenspektrums des laseraktiven Materials mit den resonanten Moden des Resonators entsteht.The following are the 3 and 4 considered together. An in 3 schematically illustrated laser 10 includes at least
  • An optical resonator with a transparent resonator layer which is located between at least two mirrors and which generates at least one resonant wavelength band Δλ forming at a defined resonator length l 28 . 29 consists of a wavelength spectrum generated in the region of the resonator,
  • A laser active material for generating the wavelength band 64 . 65 from the wavelength spectrum, wherein the laser-active material is located at least in a part of the resonator, and
  • A pump source for exciting the laser active material,
wherein the emitted wavelength band 28 . 29 the laser 10 at a given pump power 63 arises from a superimposition of the wavelength spectrum of the laser-active material with the resonant modes of the resonator.

In 4 ist eine schematische Darstellung eines Interferenzfilters 27 des Lasers 10 gezeigt, der zumindest umfasst

  • – einen optischen Resonator 19 mit einer transparenten Resonatorschicht 6, die sich zwischen mindestens zwei Spiegeln 3, 11 befindet und die zur Erzeugung mindestens eines sich bei einer definierten Resonatorlänge l ausbildenden resonanten Wellenlängenbandes Δλ aus einem im Bereich des Resonators 19 erzeugten Wellenlängenspektrum dient,
  • – ein laseraktives, zur Erzeugung des Wellenlängenspektrums ausgebildetes Material 18 zumindest in einem Teil der Resonatorschicht 6,
  • – eine Pumpquelle zur Anregung des laseraktiven Materials 18,
wobei das emittierte Wellenlängenspektrum des Lasers 10 bei einer bestimmten Pumpleistung aus einer Überlagerung des Wellenlängenspektrums des laseraktiven Materials 18 und den resonanten Moden des Resonators 19 besteht.In 4 is a schematic representation of an interference filter 27 the laser 10 shown, which at least includes
  • - An optical resonator 19 with a transparent resonator layer 6 that is between at least two mirrors 3 . 11 is located and for generating at least one forming at a defined resonator length l resonant wavelength band .DELTA.λ from a in the region of the resonator 19 generated wavelength spectrum serves,
  • - A laser-active, designed to generate the wavelength spectrum material 18 at least in a part of the resonator layer 6 .
  • - A pump source for exciting the laser-active material 18 .
being the emitted wavelength spectrum of the laser 10 at a certain pump power from a superposition of the wavelength spectrum of the laser-active material 18 and the resonant modes of the resonator 19 consists.

Erfindungsgemäß ist der Resonator 19 einem Dünnschichtaktuator 14 zugeordnet und sind beide als optischer Interferenzfilter 27 ausgebildet, wobei der Dünnschichtaktuator 14 eine Aktuatorschicht 13 zwischen zwei an eine Spannungssteuereinheit 21 angeschlossenen, voneinander beabstandeten und mit der Aktuatorschicht 13 in Verbindung stehenden Elektroden 2, 5 aufweist, wobei die Aktuatorschicht 13 zumindest einen Teil 4 der Resonatorschicht 6 enthält, die zumindest zum Teil aus elastischem, die Resonatorlänge l unter Spannung veränderbarem Material besteht. According to the invention, the resonator 19 a thin film actuator 14 are assigned and are both as an optical interference filter 27 formed, wherein the Dünnschichtaktuator 14 an actuator layer 13 between two to a voltage control unit 21 connected, spaced apart and with the actuator layer 13 related electrodes 2 . 5 wherein the actuator layer 13 at least a part 4 the resonator layer 6 contains, which consists at least partially of elastic, the resonator length l under voltage variable material.

In 4 umfasst der optische Interferenzfilter 27 zumindest

  • – eine als Substrat ausgebildete Trägerschicht 1,
  • – eine erste Elektrode 2, die im Kontakt mit der Trägerschicht 1 steht,
  • – einen dielektrischen ersten Spiegel 3, der im Kontakt mit der ersten Elektrode 2 steht,
  • – eine transparente Resonatorschicht 6, die mit dem dielektrischen ersten Spiegel 3 im Kontakt steht,
  • – eine zweite Elektrode 5 aus Metall, die mit der transparenten Resonatorschicht 6 im Kontakt steht, wobei der Metallelektrode 5 ein der transparenten Resonatorschicht 6 zugewandter Metallspiegel als zweiter Spiegel 11 zugeordnet ist.
In 4 includes the optical interference filter 27 at least
  • - Formed as a substrate carrier layer 1 .
  • A first electrode 2 in contact with the carrier layer 1 stands,
  • A dielectric first mirror 3 that is in contact with the first electrode 2 stands,
  • A transparent resonator layer 6 connected to the dielectric first mirror 3 is in contact,
  • - a second electrode 5 made of metal, with the transparent resonator layer 6 is in contact with the metal electrode 5 one of the transparent resonator layer 6 facing metal mirror as a second mirror 11 assigned.

Erfindungsgemäß ist die transparente Resonatorschicht 6 aus elastischem Material gebildet, wobei die Elektroden 2 und 5 sowie die Aktuatorschicht 13 in Form eines Schichtstapels zwischen den Elektroden 2 und 5 einen mit einstellbarer angelegter Spannung V betätigbaren Dünnschichtaktuator 14 ausbildet, wobei das elastische Material der Resonatorschicht 6 mit einem in das elastische Material eingemischten laseraktiven Material 18 zu einer entstehenden Resonatorschicht 4 mit laseraktivem Material 18, das das Wellenlängenspektrum nach einem optischem oder elektrischem Energiepumpen erzeugt, in Verbindung steht.According to the invention, the transparent resonator layer 6 formed of elastic material, wherein the electrodes 2 and 5 and the actuator layer 13 in the form of a layer stack between the electrodes 2 and 5 a thin film actuator operable with adjustable applied voltage V. 14 forms, wherein the elastic material of the resonator layer 6 with a laser active material blended into the elastic material 18 to a resulting resonator layer 4 with laser active material 18 , which produces the wavelength spectrum after optical or electrical energy pumping.

Das elastische Material stellt einen dielektrischen Elastomer dar.The elastic material is a dielectric elastomer.

Das in 4 definierte laseraktive Material 18 ist dem elastischen Material der Aktuatorschicht 13 bzw. der Resonatorschicht 4 gleichmäßig verteilt beigemischt.This in 4 defined laser active material 18 is the elastic material of the actuator layer 13 or the resonator layer 4 mixed evenly.

Der optische Interferenzfilter 27 wird durch eine Filterhalterungseinrichtung 66 gehalten.The optical interference filter 27 is passed through a filter holder device 66 held.

In 5 ist eine schematische Darstellung eines Schicht-Aufbaus eines zweiten optischen Interferenzfilters 27 für einen zweiten Laser 20 gezeigt, wobei ähnlich 3 dem elastischen Material ein laseraktives Material 18 beigemischt ist und die Metallelektrode 5 mehrere transparente Durchgänge 15 bzw. Öffnungen in der Elektrode aufweist.In 5 is a schematic representation of a layer structure of a second optical interference filter 27 for a second laser 20 shown, being similar 3 the elastic material is a laser-active material 18 is admixed and the metal electrode 5 several transparent passages 15 or openings in the electrode.

Der in 5 in einer schematischen Darstellung gezeigte zweite Interferenzfilter 27 eines zweiten Lasers 20 umfasst zumindest,

  • – eine als Substrat ausgebildete Trägerschicht 1,
  • – eine erste Elektrode 2, die im Kontakt mit der Trägerschicht 1 steht,
  • – einen dielektrischen ersten Spiegel 3, der im Kontakt mit der ersten Elektrode 2 steht,
  • – eine mit einem Freiraum 17 versehene transparente Resonatorschicht 6, die mit dem dielektrischen ersten Spiegel 3 im Kontakt steht,
  • – eine Metallelektrode 5, die mit der transparenten Resonatorschicht 6 im Kontakt steht und sich zwischen der transparenten Resonatorschicht 6 und dem Freiraum 17 befindet.
The in 5 in a schematic representation shown second interference filter 27 a second laser 20 at least
  • - Formed as a substrate carrier layer 1 .
  • A first electrode 2 in contact with the carrier layer 1 stands,
  • A dielectric first mirror 3 that is in contact with the first electrode 2 stands,
  • - one with a free space 17 provided transparent resonator 6 connected to the dielectric first mirror 3 is in contact,
  • A metal electrode 5 connected to the transparent resonator layer 6 is in contact and between the transparent resonator layer 6 and the open space 17 located.

Die transparente Resonatorschicht 4 ist aus elastischem Material gebildet, wobei der Schichtstapel/die Aktuatorschicht 13 zwischen den Elektroden 2 und 5 mit den beiden beabstandeten Elektroden 2, 5 einen mit einstellbarer angelegter Spannung V betätigbaren Dünnschichtaktuator 14 darstellt, wobei das elastische Material mit einem in das elastische Material eingemischten laseraktiven Material 18, das das Wellenlängenspektrum nach einem optischem oder elektrischem Energiepumpen erzeugt, in Verbindung steht, wobei die Metallelektrode 5 mit transparenten Durchgängen 15 ausgebildet ist, der ein den Freiraum 17 begrenzender, dielektrischer zweiter Spiegel 11 gegenüberliegend zur Ausbildung eines Resonators 19 mit den Schichten 3-4-17-11 angeordnet ist, wobei bei eingestellter Spannung V sich die Durchgänge 15 zwischen der zweiten Elektrode 5 zunehmend mit elastischem Material füllt und somit die Resonatorschichtdicke in diesem Bereich verändert.The transparent resonator layer 4 is formed of elastic material, wherein the layer stack / the actuator layer 13 between the electrodes 2 and 5 with the two spaced electrodes 2 . 5 a thin film actuator operable with adjustable applied voltage V. 14 wherein the elastic material comprises a laser active material blended into the elastic material 18 , which generates the wavelength spectrum after optical or electrical energy pumping, wherein the metal electrode 5 with transparent passages 15 is formed, the one the free space 17 limiting dielectric second mirror 11 opposite to the formation of a resonator 19 with the layers 3 - 4 - 17 - 11 is arranged, wherein at set voltage V, the passages 15 between the second electrode 5 increasingly filled with elastic material and thus changed the Resonatorschichtdicke in this area.

Der dielektrische zweite Spiegel 11 liegt der Metallelektrode 5 außerhalb des Dünnschichtaktuators 14 gegenüber, so dass zwischen beiden der Freiraum 17 vorhanden ist.The dielectric second mirror 11 lies the metal electrode 5 outside the thin film actuator 14 opposite, so that between both the free space 17 is available.

Der zweite dielektrische Spiegel 11 als Schicht kann mit einer ortsveränderlichen zweiten Trägerschicht 12 in Verbindung stehen.The second dielectric mirror 11 as a layer can with a portable second carrier layer 12 keep in touch.

In 6 ist eine schematische Darstellung eines Schicht-Aufbaus eines weiteren optischen Interferenzfilters 27 für einen dritten Laser 30 gezeigt, der zumindest umfasst

  • – eine als Substrat ausgebildete Trägerschicht 1,
  • – eine erste Elektrode 2, die im Kontakt mit der Trägerschicht 1 steht,
  • – einen dielektrischen ersten Spiegel 3, der im Kontakt mit der ersten Elektrode 2 steht,
  • – eine transparente Resonatorschicht 6, die mit dem dielektrischen ersten Spiegel 3 im Kontakt steht,
  • – eine Metallelektrode 5, die mit der transparenten Resonatorschicht 6 im Kontakt steht.
In 6 is a schematic representation of a layer structure of another optical interference filter 27 for a third laser 30 shown, which at least includes
  • - Formed as a substrate carrier layer 1 .
  • A first electrode 2 in contact with the carrier layer 1 stands,
  • A dielectric first mirror 3 that is in contact with the first electrode 2 stands,
  • A transparent resonator layer 6 connected to the dielectric first mirror 3 is in contact,
  • A metal electrode 5 connected to the transparent resonator layer 6 in contact.

Die transparente Resonatorschicht 6 ist aus elastischem Material, auf dem eine Schicht 7 aus laseraktivem Material 18 sich befindet, wobei der Schichtstapel zwischen den Elektroden 2 und 5 mit den beiden Elektroden 2, 5 einen mit einstellbarer angelegter Spannung V betätigbaren n Dünnschichtaktuator 14 ausbildet, wobei das elastische Material mit dem laseraktiven Material 18, das das Wellenlängenspektrum nach einem optischem oder elektrischem Energiepumpen erzeugt, in Verbindung steht,
wobei das laseraktive Material 18 als einzelne Schicht 7 einerseits mit der transparenten Resonatorschicht 6 aus elastischem Material und andererseits mit der Metallelektrode 5 in Verbindung steht und Teil des optischen Resonators 19 ist.The transparent resonator layer 6 is made of elastic material on which a layer 7 made of laser-active material 18 is located, wherein the layer stack between the electrodes 2 and 5 with the two electrodes 2 . 5 a n with adjustable adjustable voltage actuated n thin-film actuator 14 forms, wherein the elastic material with the laser-active material 18 communicating the wavelength spectrum after optical or electrical energy pumping,
wherein the laser active material 18 as a single layer 7 on the one hand with the transparent resonator layer 6 made of elastic material and on the other hand with the metal electrode 5 communicates and is part of the optical resonator 19 is.

Damit ist im Schicht-Aufbau eine Einzelschicht/Schicht 7 von laseraktivem Material im Anschluss an das elastische Material der Resonatorschicht 6 angebracht.Thus, in the layer structure is a single layer / layer 7 of laser active material following the elastic material of the resonator layer 6 appropriate.

In 7 ist eine schematische Darstellung eines Schicht-Aufbaus eines optischen Interferenzfilters 27 eines vierten Lasers 40 mit einem Hohlraumresonator 23 gezeigt, wobei zwischen dem dielektrischen ersten Spiegel 3 und der Metallelektrode 5 eine Kombination mindestens einer Schicht 41, 42 des elastischen Materials und einer einzelnen Schicht 71 von laseraktivem Material 18 gemäß 6 nebeneinander angeordnet sind,
wobei der zweite Spiegel 11 als dielektrischer Spiegel mit einem Teil der Metallelektrode 5 kontaktiert und die Aktuatorschicht 13 aus einer ersten Teilschicht 41 aus elastischem Material und einer zweiten Teilschicht 42 aus elastischem Material nebst Hohlraum 16 sowie einer parallel zum Hohlraum 16 sich befindenden Teilschicht 71 aus laseraktivem Material 18 besteht, wobei die Teilschichten 41 und 42 randseitig neben der Teilschicht 71 angeordnet sind und wobei zwischen der Teilschicht 71 und dem gegenüberliegenden zweiten dielektrischen Spiegel 11 der Hohlraum 16 vorhanden ist.In 7 is a schematic representation of a layer structure of an optical interference filter 27 a fourth laser 40 with a cavity resonator 23 shown, wherein between the dielectric first mirror 3 and the metal electrode 5 a combination of at least one layer 41 . 42 of the elastic material and a single layer 71 of laser active material 18 according to 6 are arranged side by side,
the second mirror 11 as a dielectric mirror with a part of the metal electrode 5 contacted and the actuator layer 13 from a first sub-layer 41 made of elastic material and a second partial layer 42 made of elastic material and cavity 16 and one parallel to the cavity 16 located sub-layer 71 made of laser-active material 18 exists, with the sub-layers 41 and 42 at the edge beside the partial layer 71 are arranged and being between the sub-layer 71 and the opposing second dielectric mirror 11 the cavity 16 is available.

Mit der Implementierung von Laserfarbstoff in den Resonator 19, entweder als Einzelschicht 7 oder als gleichmäßige Verteilung innerhalb der elastischen Resonatorschicht 4, kann ein elektrisch durchstimmbarer organischer Festkörperlaser 10, 20, 30, 40 bei optischer Anregung des Laserfarbstoffs 18 über eine externe Pumplichtquelle oder eine elektrische Pumpquelle erzeugt werden. Das laseraktive Material kann ein Laserfarbstoff sein, der entweder durch Beimischung bei der Herstellung des transparenten elastischen Materials durch gleichmäßige Durchmischung oder durch Bedampfung der elastischen transparenten Schicht 6 als Einzelschicht 7 mit dem Laserfarbstoff 18 eingebracht werden kann. Die Position der Schicht 7 kann wahlweise festgelegt werden. Damit ist die eigentliche Laserquelle innerhalb des optischen Resonators 19, 23 integriert.With the implementation of laser dye in the resonator 19 , either as a single layer 7 or as a uniform distribution within the elastic resonator layer 4 , can be an electrically tunable organic solid-state laser 10 . 20 . 30 . 40 with optical excitation of the laser dye 18 be generated via an external pump light source or an electric pump source. The laser-active material may be a laser dye, either by admixture in the preparation of the transparent elastic material by uniform mixing or by vapor deposition of the elastic transparent layer 6 as a single layer 7 with the laser dye 18 can be introduced. The position of the layer 7 can be optionally set. Thus, the actual laser source is within the optical resonator 19 . 23 integrated.

Im Folgenden wird die Funktionsweise eines ersten Lasers 10 unter Berücksichtigung des Resonators 19 und des Dünnschichtaktuators 14 als optischer Interferenzfilter 27 näher erläutert:
Ein optischer Resonator 19, d. h. ein planarer Fabry-Perot-Resonator mit Resonatorschichtdicken von einigen Hundert Nanometern bis Mikrometern, selektiert Wellenlängen λ abhängig von der Schichtdicke z der Schicht 6. Es werden nur diejenigen Moden der Wellenlänge λ transmittiert, welche die Resonanzbedingung m·λ = 2·n'·l·cos(θ) (I) erfüllen, wobei m eine natürliche Zahl, n' der Brechungsindex der Resonatorschicht 6, l die für die eingestellte Resonanz erforderliche Resonatorlänge sind. Durch eine Deformation/Dickenänderung Δz der physikalischen Schichtdicke z der formveränderbaren elastischen transparenten Resonatorschicht 6 infolge einer Änderung und Einstellung einer vorgegebenen Spannung V mit V +/– ΔV können die resonanten Moden mit der einstellbaren Resonatorlänge l +/– Δl elektrisch durchgestimmt werden.The following is the operation of a first laser 10 considering the resonator 19 and the thin film actuator 14 as optical interference filter 27 explained in more detail:
An optical resonator 19 ie a planar Fabry-Perot resonator with resonator layer thicknesses of a few hundred nanometers to micrometers, selects wavelengths λ as a function of the layer thickness z of the layer 6 , Only those modes of wavelength λ which transmit the resonance condition are transmitted m · λ = 2 · n '· l · cos (θ) (I) where m is a natural number, n 'is the refractive index of the resonator layer 6 , l are the resonator length required for the set resonance. By a deformation / thickness change Δz of the physical layer thickness z of the shape-changeable elastic transparent resonator layer 6 as a result of a change and setting of a predetermined voltage V with V +/- ΔV, the resonant modes with the adjustable resonator length l +/- Δl can be electrically tuned.

Die transparenten Schichten 6 aus elastischem Material in Form z. B. von dielektrischen Elastomeren sind aufgrund ihrer hohen Transparenz sowie hohen mechanischen und thermischen Stabilität gut für den Einsatz in optischen Bauelementen geeignet. Für die Anwendung als optischer Resonator 19 werden dabei gelartige reversibel formveränderbare Elastomere mit sehr geringem Elastizitätsmodul (Y < 20 kPa) und hoher Viskosität eingesetzt. Die hohe Durchbruchsspannung Vz der Elastomere (V/z > 10 kV/mm) ermöglicht einen Einsatz von Spannungen bis zu mehreren 100 V Spannung für Dünnschichtaktuatoren 14 mit Schichtdicken z von einigen Mikrometern.The transparent layers 6 made of elastic material in the form of z. B. of dielectric elastomers are well suited for use in optical components due to their high transparency and high mechanical and thermal stability. For use as an optical resonator 19 In this case, gel-like elastomers with very low moduli of elasticity (Y <20 kPa) and high viscosity, which are reversibly modifiable, are used. The high breakdown voltage V z of the elastomers (V / z> 10 kV / mm) enables the use of voltages up to several 100 V voltage for thin-film actuators 14 with layer thicknesses z of a few micrometers.

Dem jeweiligen optischen Interferenzfilter 27 ist eine Spannungssteuereinheit 21 zugeordnet, wobei über Kontaktierungsanschlüsse in Form von elektrischen Leitungen 8, 9, die mit den jeweiligen Elektroden 2, 5 in Verbindung stehen, eine variierbare Spannung V an die Elektroden 2, 5 gelegt werden kann. Dabei ist die Spannung V wertabhängig derart vorgegeben, dass sie jeweils einer Wellenlänge λ oder einem Wellenlängenbereich Δλ eines den Interferenzfilter 27 verlassenden Strahlenbündels 28, 29, die/der sich aus der Interferenz des von dem laseraktiven Material 18 ausgestrahlten Wellenlängenspektrums bei Resonanz im optischen Resonator 19 ergibt, entspricht.The respective optical interference filter 27 is a voltage control unit 21 assigned, wherein via Kontaktierungsanschlüsse in the form of electrical lines 8th . 9 that with the respective electrodes 2 . 5 a variable voltage V across the electrodes 2 . 5 can be placed. In this case, the voltage V is value-dependent predetermined such that they each have a wavelength λ or a wavelength range .DELTA.λ of the interference filter 27 leaving beam 28 . 29 arising from the interference of the laser-active material 18 radiated Wavelength spectrum at resonance in the optical resonator 19 results, corresponds.

Aufgrund der Struktur der elastischen transparenten Aktuatorschicht 13 bzw. Resonatorschicht 6 werden Moden mit hoher optischer Güte in Abhängigkeit von der Schichtdicke z im Transmissions- bzw. Reflexionsspektrum erzeugt. Beim Anlegen der elektrischen Spannung V an die Elektroden 2, 5 wird das elastische Material in Form z. B. eines Silikongels der transparenten Schicht 6 komprimiert. Dadurch wird eine Änderung der optischen Weglänge Δl im Resonator 19 erzeugt, welche z. B. eine aktuatorbedingte Verschiebung der optischen Resonanzen bewirkt. Durch die Relation zwischen Schichtdicke z und angelegter Spannung V ist es möglich, aus einem breiten Spektrum gezielt einzelne Wellenlängen λ mit hoher Auflösung zu selektieren.Due to the structure of the elastic transparent actuator layer 13 or resonator layer 6 Modes are generated with high optical quality as a function of the layer thickness z in the transmission or reflection spectrum. When applying the electrical voltage V to the electrodes 2 . 5 is the elastic material in the form of z. B. a silicone gel of the transparent layer 6 compressed. This results in a change in the optical path length Δl in the resonator 19 generated, which z. B. causes an actuator-related displacement of the optical resonances. The relation between the layer thickness z and the applied voltage V makes it possible to selectively select individual wavelengths λ of high resolution from a broad spectrum.

Die Deformation der elastischen transparenten Schicht 6 bewirkt eine Verschiebung des Wellenlängenbandes Δλ im Wellenlängenspektrum, welche ein selektives Filtern von einzelnen Wellenlängen/Wellenlängenbändern ermöglicht.The deformation of the elastic transparent layer 6 causes a shift of the wavelength band Δλ in the wavelength spectrum, which allows selective filtering of individual wavelengths / wavelength bands.

Durch das Anlegen einer Spannung V an die transparente Schicht 6 wird die im in 8a ohne Spannung dargestellten Dünnschichtaktuator 14 transparente Schicht 6, bestehend aus elastischem dielektrischem Elastomer, durch die elektrostatische Anziehung im elektrischen Feld E zwischen den Elektroden 2 und 5 gemäß 8b komprimiert. Der elektrostatische Druck p im elektrischen Feld E berechnet sich aus p = ε0εrE2 mit ε0 als elektrische Feldkonstante und εr als relative Permittivität.By applying a voltage V to the transparent layer 6 will be the in 8a Thin-film actuator without voltage 14 transparent layer 6 consisting of elastic dielectric elastomer, by the electrostatic attraction in the electric field E between the electrodes 2 and 5 according to 8b compressed. The electrostatic pressure p in the electric field E is calculated from p = ε 0 ∈ r E 2 with ε 0 as the electric field constant and ε r as the relative permittivity.

Im Fall eines dem Plattenkondensator ähnlichen Aufbaus kann der elektrostatische Druck p zwischen den Elektroden 2, 5 gemäß der Druckschrift 5. Huang, C. -C., Lang, D., Shih, W. -P. & Lin, Z. -F.: Tunable lens driven by dielectric elastomer actuator with ionic electrodes, Micro Nano Lett. 9, 869–873 (2014) mittels der Gleichung (II)

Figure DE102015003356B4_0002
beschrieben werden, wobei V die steuerbar angelegte Spannung und z die in 6a gezeigte physikalische Schichtdicke z der transparenten Schicht 6 des formveränderlichen Elastomers darstellen. Die Aktuationsvorgänge z → z – Δz → z erfolgen reversibel, so dass der Aktuator 14 nach Abschalten des elektrischen Feldes E bzw. der Spannung V in seine Ausgangskonfiguration, die in 8a gezeigt ist, zurückkehrt.In the case of a construction similar to the plate capacitor, the electrostatic pressure p between the electrodes 2 . 5 according to reference 5. Huang, C. -C., Lang, D., Shih, W. -P. & Lin, Z. -F .: Tunable lens driven by dielectric elastomer actuator with ionic electrodes, Micro Nano Lett. 9, 869-873 (2014) by means of equation (II)
Figure DE102015003356B4_0002
where V is the controllably applied voltage and z is the in 6a shown physical layer thickness z of the transparent layer 6 represent the deformable elastomer. The actuation processes z → z-Δz → z are reversible, so that the actuator 14 after switching off the electric field E or the voltage V in its initial configuration, the in 8a is shown, returns.

Für eine kleine Auslenkung kann die Schichtdickenänderung Δz des Dünnschichtaktuators 14 in der Konformation eines Plattenkondensators mit der Gleichung (III)

Figure DE102015003356B4_0003
beschrieben werden, wobei ε0 die elektrische Feldkonstante, εr die relative Permittivität, V die steuerbar angelegte Spannung, Y das Elastizitätsmodul und z0 die Ausgangsschichtdicke der elastischen transparenten Schicht 6 darstellen.For a small deflection, the layer thickness change Δz of the thin-film actuator 14 in the conformation of a plate capacitor with the equation (III)
Figure DE102015003356B4_0003
where ε 0 is the electric field constant, ε r is the relative permittivity, V is the controllably applied voltage, Y is the modulus of elasticity, and z 0 is the initial layer thickness of the elastic transparent layer 6 represent.

Die Abhängigkeit zwischen der Wellenlänge λ der resonanten Moden 28 und der optischen Resonatorlänge l der elastischen transparenten Schicht 6 ist exemplarisch in 10 für eine dünne transparente Schicht 6 von wenigen resonanten Moden 28, 29 und in 11 für eine dicke transparente Schicht 10 mit einer hohen Anzahl von resonanten Moden 28, 29 gezeigt. Für eine kleine Auslenkung kann die Deformation/Schichtdickenänderung Δz eines Aktuators 14 in der Konformation eines Plattenkondensators mit der Gleichung (III)

Figure DE102015003356B4_0004
beschrieben werden, wobei ε0 die elektrische Feldkonstante, εr die relative Permittivität, V die steuerbar angelegte Spannung, Y das Elastizitätsmodul und z0 die Ausgangsschichtdicke der elastischen transparenten Schicht 6 darstellen.The dependence between the wavelength λ of the resonant modes 28 and the optical resonator length l of the elastic transparent layer 6 is exemplary in 10 for a thin transparent layer 6 of a few resonant modes 28 . 29 and in 11 for a thick transparent layer 10 with a high number of resonant modes 28 . 29 shown. For a small deflection, the deformation / layer thickness change Δz of an actuator 14 in the conformation of a plate capacitor with the equation (III)
Figure DE102015003356B4_0004
are described, wherein ε 0 is the permittivity of vacuum, ε r the relative permittivity, V is the applied voltage controllable, Y is the Young's modulus and z 0 is the initial layer thickness of the elastic transparent layer 6 represent.

Die in 8b gezeigte Schichtdickenänderung Δz der transparenten Schicht 6 erfolgt gemäß Gleichung (III) somit in einer quadratischen Abhängigkeit vom angelegten elektrischen Feld E. Die Relation der Schichtdickenänderung Δz und somit der Wellenlänge λ der resonanten Moden 28 im Transmissionsspektrum bei angelegter Spannung V werden in 13 und 15 beispielhaft für zwei verschiedene Resonatoren 19 dargestellt. Die 12 zeigt das Verhältnis zwischen angelegter Spannung V und den Wellenlängen λ der resonanten Moden 28.In the 8b shown layer thickness change Δz the transparent layer 6 takes place according to equation (III) thus in a quadratic dependence on the applied electric field E. The relation of the layer thickness change Δz and thus the wavelength λ of the resonant modes 28 in the transmission spectrum at applied voltage V are in 13 and 15 exemplary for two different resonators 19 shown. The 12 shows the relationship between the applied voltage V and the wavelengths λ of the resonant modes 28 ,

Die Amplitude der Schichtdickendeformation Δz ist abhängig von Materialparametern wie der Permittivität εr und dem Elastizitätsmodul Y. Daher ist ein formveränderbarer Elastomer der transparenten Schicht 6 mit hoher Permittivität (εr > 2 für 100 kHz) und Elastizitätsmodul (Y < 20 kPa) zugeordnet. Durch das Aufbringen der Metallelektrode 5 auf die transparente Schicht 6 steigt das effektive Elastizitätsmodul des Aktuators 14 abhängig von der Schichtdicke des Metalls der zweiten Elektrode 5 und dessen Morphologie. Daher spielt auch das Material der Metallelektrode 5 sowie dessen Ausdehnung eine entscheidende Rolle für die Leistungsfähigkeit des Dünnschichtaktuators 14.The amplitude of the layer thickness deformation Δz is dependent on material parameters such as the permittivity ε r and the modulus of elasticity Y. Therefore, a deformable elastomer of the transparent layer 6 associated with high permittivity (ε r > 2 for 100 kHz) and elastic modulus (Y <20 kPa). By applying the metal electrode 5 on the transparent layer 6 increases the effective modulus of elasticity of the actuator 14 depending on the layer thickness of the metal of the second electrode 5 and its morphology. Therefore, the material of the metal electrode plays 5 as well as its extent one crucial role for the performance of the thin film actuator 14 ,

An die in 3, 4 und 5 gezeigte Spannungssteuereinheit 21 können entweder eine konstante Spannung V, um eine konstante spektrale Verschiebung Δλ der resonanten Moden 28 zu erreichen, oder auch Spannungspulse angelegt werden. Alternativ dazu kann durch eine variierende Spannung V +/– ΔV ein alternierendes Spektrum λ +/– Δλ erzeugt werden. Für Letzteres allerdings gilt hierbei zu beachten, dass aufgrund des geringen E-Moduls Y des formveränderbaren Elastomers eine relativ lange Reaktionszeit t des Bauteils zu erwarten ist (t ~ einige Millisekunden). Daher ist nur eine Ansteuerung mit kleinen Frequenzen möglich.To the in 3 . 4 and 5 shown voltage control unit 21 can be either a constant voltage V to a constant spectral shift Δλ of the resonant modes 28 to reach or voltage pulses are applied. Alternatively, an alternating spectrum λ +/- Δλ can be generated by a varying voltage V +/- ΔV. For the latter, however, it should be noted that a relatively long reaction time t of the component is to be expected (t ~ a few milliseconds) due to the low modulus of elasticity Y of the deformable elastomer. Therefore, only a control with low frequencies is possible.

Die optische Güte des jeweils eingesetzten Resonators 19, 23 wird von der Reflektivität der beiden Spiegel 3, 11 bestimmt, d. h. von der Schichtanzahl des dielektrischen Spiegels 3 sowie Morphologie und Schichtdicke des Metallspiegels 11 an der Metallelektrode 5.The optical quality of each resonator used 19 . 23 is determined by the reflectivity of the two mirrors 3 . 11 determined, ie, the number of layers of the dielectric mirror 3 as well as morphology and layer thickness of the metal mirror 11 at the metal electrode 5 ,

Für die Umsetzung eines erfindungsgemäßen elektrisch durchstimmbaren optischen Interferenzfilters 27 wird der Dünnschichtaktuator 14 mit den Eigenschaften eines optischen Resonators 19 kombiniert. Der elektrisch durchstimmbare optische Interferenzfilter 27 umfasst gemäß der 4 sowie der 9, 9a und 9b zumindest:

  • – eine als Substrat ausgebildete Trägerschicht 1,
  • – eine erste transparente Elektrode 2,
  • – einen hoch reflektierenden Spiegel 3 (dielektrischer Spiegel, Metallspiegel),
  • – eine transparente Schicht 6 aus dielektrischem Elastomer,
  • – eine flexible Metallschicht als zweite Elektrode 5 und einen hoch reflektierenden Spiegel 11 an der der elastischen transparenten Schicht 6 zugewandten Seite,
  • – eine Filterhalterungseinrichtung 66 gemäß 4,
  • – eine Spannungssteuereinheit 21, die mit elektrischen Kontaktierungsanschlüssen 8, 9 zur ersten Elektrode 2 und zur zweiten Elektrode 5 in Verbindung steht.
For the implementation of an electrically tunable optical interference filter according to the invention 27 becomes the thin film actuator 14 with the properties of an optical resonator 19 combined. The electrically tunable optical interference filter 27 includes according to 4 as well as the 9 . 9a and 9b at least:
  • - Formed as a substrate carrier layer 1 .
  • A first transparent electrode 2 .
  • - a highly reflective mirror 3 (dielectric mirror, metal mirror),
  • - a transparent layer 6 made of dielectric elastomer,
  • - A flexible metal layer as a second electrode 5 and a highly reflective mirror 11 at the elastic transparent layer 6 facing side,
  • - A filter holder device 66 according to 4 .
  • - a voltage control unit 21 , with electrical contact connections 8th . 9 to the first electrode 2 and to the second electrode 5 communicates.

Zwischen dem dielektrischen Spiegel 3 auf der Unterseite der transparenten Schicht 6 und der beabstandeten Metallelektrode 5 auf der Oberseite der Schicht 6 ist der optische Resonator 19 als Dünnschichtaktuator 14 ausgebildet. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung V zwischen der transparenten ersten Elektrode 2 und der Metallelektrode 5 wird die transparente Schicht 6 aus dielektrischem Elastomer komprimiert. Dadurch verringert sich die Schichtdicke z und deren Schichtdickenänderung Δz und somit verschiebt sich das Spektrum der resonanten Moden 28 des Resonators 19 zu kleineren Wellenlängen. Abhängig von der Schichtdicke z kann der Interferenzfilter 27 für eine einzelne resonante Mode 28 oder mehrere resonanten Moden 28 fungieren. Im Fall einer einzelnen Mode 28 entspricht gemäß 10 die optische Dicke l der transparenten Schicht 6 der halben Wellenlänge λ/2 der resonanten Mode 28. Bei dickeren transparenten Schichten 6 tritt eine Vielzahl von resonanten Wellenlängen λ auf, wie in 11 gezeigt ist. Die Breite der resonanten Moden 28 ist abhängig von der optischen Güte des Resonators 19. Die optische Güte wird von der Reflektivität der beiden Spiegel 3, 11 bestimmt, d. h. von der Schichtanzahl des dielektrischen Spiegels 3 sowie Morphologie und Schichtdicke des Metallspiegels 11 an der Metallelektrode 5. In 9a und 9b besteht die Metallelektrode 5 aus mehreren unterteilten Metall-Kontaktstreifen.Between the dielectric mirror 3 on the bottom of the transparent layer 6 and the spaced metal electrode 5 on top of the layer 6 is the optical resonator 19 as Dünnschichtaktuator 14 educated. By applying an electrical voltage V between the transparent first electrode 2 and the metal electrode 5 becomes the transparent layer 6 compressed from dielectric elastomer. This reduces the layer thickness z and its layer thickness change Δz and thus shifts the spectrum of the resonant modes 28 of the resonator 19 to smaller wavelengths. Depending on the layer thickness z, the interference filter can 27 for a single resonant mode 28 or several resonant modes 28 act. In the case of a single fashion 28 corresponds to 10 the optical thickness l of the transparent layer 6 half the wavelength λ / 2 of the resonant mode 28 , For thicker transparent layers 6 occurs a plurality of resonant wavelengths λ, as in 11 is shown. The width of the resonant modes 28 depends on the optical quality of the resonator 19 , The optical quality is determined by the reflectivity of the two mirrors 3 . 11 determined, ie, the number of layers of the dielectric mirror 3 as well as morphology and layer thickness of the metal mirror 11 at the metal electrode 5 , In 9a and 9b consists of the metal electrode 5 from several divided metal contact strips.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel angegeben.In the following an embodiment is given.

Die technologische Umsetzung eines erfindungsgemäßen elektrisch durchstimmbaren Interferenzfilters 27 des Lasers 10 mittels des Dünnschichtaktuators 14 und des Resonators 19 mit dielektrischen Elastomeren erfolgt in einem kompakten Bauteil zumindest mit den folgenden Bestandteilen:

  • • einem Glassubstrat 1 als Trägerschicht,
  • • einer ersten Elektrode 2 aus einem leitfähigen transparenten Oxid, z. B. Indiumzinnoxid ITO mit einer Schichtdicke von 90 nm,
  • • einem dielektrischen Spiegel 3 (DBR) mit einundzwanzig Schichten Titanoxid und Siliziumoxid, jeweils alternierend mit einer optischen Schichtdicke von λ/4 der Designwellenlänge des Spiegels 3 bei 630 nm,
  • • einer transparenten Schicht 6 aus einem gelartigen dielektrischen Elastomer mit einer Schichtdicke z von 3 μm bis 20 μm,
  • • einer zweiten Metallelektrode 5 aus Silber mit einer Schichtdicke von 20 nm bis 50 nm, mit einem Metallspiegel 11, der der transparenten Schicht 6 aus dem formveränderbaren Elastomer zugewandt ist,
  • • einer Filterhalterungseinrichtung 66 und
  • • einer Spannungssteuereinheit 21 mit elektrischen Kontaktierungsanschlüssen 8, 9 zu den Elektroden 2, 5.
The technological implementation of an electrically tunable interference filter according to the invention 27 the laser 10 by means of the thin-film actuator 14 and the resonator 19 with dielectric elastomers takes place in a compact component at least with the following components:
  • • a glass substrate 1 as a carrier layer,
  • • a first electrode 2 of a conductive transparent oxide, e.g. B. indium tin oxide ITO with a layer thickness of 90 nm,
  • • a dielectric mirror 3 (DBR) with twenty-one layers of titanium oxide and silicon oxide, each alternating with an optical layer thickness of λ / 4 of the design wavelength of the mirror 3 at 630 nm,
  • • a transparent layer 6 of a gel-like dielectric elastomer with a layer thickness z of 3 μm to 20 μm,
  • • a second metal electrode 5 of silver with a layer thickness of 20 nm to 50 nm, with a metal mirror 11 , the transparent layer 6 facing out of the deformable elastomer,
  • • a filter holder device 66 and
  • • a voltage control unit 21 with electrical contacting connections 8th . 9 to the electrodes 2 . 5 ,

Das Glassubstrat als Trägerschicht 1 mit den ITO-Kontakten der Elektrode 2 ist kommerziell erhältlich. Der dielektrische Spiegel 3 wird mittels physikalischer Gasphasenabscheidung auf dem Glassubstrat 1 abgeschieden. Das gelartige formveränderbare Elastomer, kommerziell erhältliches Gel 8100 von Nusil, besteht aus zwei flüssigen Komponenten, welche miteinander im Volumen-Verhältnis 1:1 vermischt und durch Rotationsbeschichtung auf dem dielektrischen Spiegel 3 abgeschieden werden. In dieser Erzeugungsphase des elastischen Materials kann das laseraktive Material 18 eingemischt werden. Nach der Abscheidung findet eine thermisch induzierte Vernetzungsreaktion zwischen den einzelnen Polymerketten statt, so dass sich eine gelartige, elastische, formveränderbare, aber feste Schicht herausbildet. Die Schichtdicke z des Elastomers 6 wird durch die Rotationsgeschwindigkeit maßgeblich bestimmt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen werden Schichtdicken z von 5 μm bis 16 μm verwendet. Für Anwendung des elektrisch durchstimmbaren Interferenzfilters 27 des Lasers 10 mittels eines Dünnschichtaktuators 14 ist es möglich, Schichtdicken z von einigen Hundert Nanometern bis zu mehreren Mikrometern zu erzeugen. Dickere Aktuatorschichten müssen mit höheren Spannungen V betrieben werden. Das Spektrum weist in diesem Fall eine Vielzahl von resonanten Moden auf. Der der Metallelektrode 5 zugeordnete Metallspiegel 11 auf der transparenten Schicht 6 kann durch thermisches Aufdampfen oder mittels Kathodenzerstäubung aufgebracht werden. Die Wahl des Spiegelmaterials hat einen entscheidenden Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Interferenzfilters 27. Die Reflektivität und die Absorption des Metalls der zweiten Elektrode 5 haben Einfluss auf die optische Güte des Resonators 19. Für eine hohe optische Güte werden daher Metalle mit geringer Absorption und hoher Reflektivität im gewünschten Spektralbereich gewählt. Ebenso bewirkt die Metallelektrode 5 eine Versteifung des Elastomers, d. h. eine Anstieg des effektiven Elastizitätsmoduls des Bauteils. Je dicker die Metallschicht, desto größer der Einfluss der Elektrode 5 auf die Elastizität des reversibel formveränderbaren Elastomers. Im Gegenzug steigt die Reflektivität der Metallschicht des Spiegels 11 mit steigender Schichtdicke z. Für die genannte Anwendung erweisen sich Silberschichten im Bereich zwischen 20 nm und 50 nm als zweckmäßig.The glass substrate as a carrier layer 1 with the ITO contacts of the electrode 2 is commercially available. The dielectric mirror 3 is deposited by physical vapor deposition on the glass substrate 1 deposited. The gel conformable elastomer, commercially available Gel 8100 from Nusil, consists of two liquid components which are mixed together in a volume ratio of 1: 1 and spin-coated on the dielectric mirror 3 be deposited. In this production phase of the elastic material can be the laser active material 18 be mixed. After deposition, a thermally induced crosslinking reaction takes place between the individual polymer chains, so that a gel-like, elastic, shape-changeable, but solid layer is formed. The layer thickness z of the elastomer 6 is largely determined by the rotational speed. In the exemplary embodiments shown, layer thicknesses z of 5 μm to 16 μm are used. For application of the electrically tunable interference filter 27 the laser 10 by means of a thin film actuator 14 it is possible to produce layer thicknesses z of a few hundred nanometers to several micrometers. Thicker actuator layers must be operated at higher voltages V. The spectrum in this case has a plurality of resonant modes. The metal electrode 5 associated metal mirror 11 on the transparent layer 6 can be applied by thermal vapor deposition or by sputtering. The choice of the mirror material has a decisive influence on the performance of the interference filter 27 , The reflectivity and the absorption of the metal of the second electrode 5 have an influence on the optical quality of the resonator 19 , For a high optical quality, therefore, metals with low absorption and high reflectivity are selected in the desired spectral range. Likewise, the metal electrode causes 5 a stiffening of the elastomer, ie an increase in the effective modulus of elasticity of the component. The thicker the metal layer, the greater the influence of the electrode 5 on the elasticity of the reversibly deformable elastomer. In turn, the reflectivity of the metal layer of the mirror increases 11 with increasing layer thickness z. For the said application, silver layers in the range between 20 nm and 50 nm prove to be expedient.

Das Transmissionsspektrum eines derartigen Resonators 19 ist exemplarisch in 14 gezeigt (Schichtstruktur: 50 nm Silber, 16 μm Schicht aus Elastomer, DBR, ITO 90 nm, Glassubstrat). Beim Anlegen einer Spannung V zwischen der unteren ersten ITO-Elektrode 2 und der zweiten Metallelektrode 5 wird das Elastomer 6 am Rand der zweiten Metallelektrode 5 deformiert. Durch die elektrostatische Anziehung zwischen den Elektroden 2, 5 wird das elastische Material unter der zweiten Elektrode 5 verdrängt und sammelt sich somit außerhalb der aktiven Fläche an. Das Volumen bleibt dabei konstant. Es tritt eine räumlich variierende Schichtdickenänderung Δz mit einen Maximum außerhalb und einem Minimum innerhalb der Fläche der Metallelektrode 5 auf, wie in 16a gezeigt ist.The transmission spectrum of such a resonator 19 is exemplary in 14 shown (layer structure: 50 nm silver, 16 micron layer of elastomer, DBR, ITO 90 nm, glass substrate). When applying a voltage V between the lower first ITO electrode 2 and the second metal electrode 5 becomes the elastomer 6 at the edge of the second metal electrode 5 deformed. Due to the electrostatic attraction between the electrodes 2 . 5 the elastic material becomes under the second electrode 5 displaces and thus accumulates outside the active area. The volume remains constant. A spatially varying layer thickness change Δz occurs with a maximum outside and a minimum within the area of the metal electrode 5 on, like in 16a is shown.

Mittels einer Strukturierung der Elektroden 2, 5 können verschiedene Auslenkungsmuster umgesetzt werden bzw. eine höhere Flexibilität der Elektroden 2, 5 erreicht werden, wie in der Druckschrift S. Rosset, H. R. Shea: Flexible and stretchable electrodes for dielectric elastomer actuators, Applied Physics A, Vol. 110, Issue 2, S. 281–307 (2013) beschrieben ist. Das ist exemplarisch in 16b gezeigt. Durch die Strukturierung der oberen Elektrode 5 als 90 μm breite Metallstreifen wird eine Deformation des elastischen Materials über die gesamte Elektrodenausdehnung erzielt. Durch die Auslenkung 67, 68 jeweils an den Elektrodenrändern, wie in 9b gezeigt, treten zwei symmetrische Minima auf und in der Mitte der elastischen transparenten Schicht 6 wird die geringste Verformung des elastischen Materials erreicht. Aufgrund des entstandenen Profils ist die Wellenlänge λ der resonanten Mode 28 von der angelegten Spannung V und der Position des Interferenzfilters 27 abhängig.By means of a structuring of the electrodes 2 . 5 Different deflection patterns can be implemented or a higher flexibility of the electrodes 2 . 5 as described in S. Rosset, HR Shea: Flexible and stretchable electrodes for dielectric elastomer actuators, Applied Physics A, Vol. 110, Issue 2, pp. 281-307 (2013). This is exemplary in 16b shown. By structuring the upper electrode 5 As 90 μm wide metal strips a deformation of the elastic material over the entire electrode extension is achieved. By the deflection 67 . 68 each at the electrode edges, as in 9b shown, two symmetrical minima occur and in the middle of the elastic transparent layer 6 the slightest deformation of the elastic material is achieved. Due to the resulting profile, the wavelength λ is the resonant mode 28 from the applied voltage V and the position of the interference filter 27 dependent.

Die Aktuation des elastischen Materials kann durch Impedanzspektroskopie nachgewiesen werden. Die Kapazität des Bauteils C0 kann als Plattenkondensator wie folgt mit Gleichung (IV) beschrieben werden:

Figure DE102015003356B4_0005
mit ε0 die elektrische Feldkonstante, εr die relative Permittivität, A der Fläche des Kondensators und d0 = z0 der Dicke der transparenten Schicht 6. Aus der bekannten Abhängigkeit der Schichtdickenkompression Δz als Schichtdickendeformation zur angelegten Spannung V kann eine quadratische Beziehung der inversen Kapazität C–1 zur angelegten Spannung V mit folgender Gleichung (V) abgeleitet werden:
Figure DE102015003356B4_0006
The actuation of the elastic material can be detected by impedance spectroscopy. The capacitance of device C 0 can be described as a plate capacitor as follows with Equation (IV):
Figure DE102015003356B4_0005
with ε 0 the electric field constant, ε r the relative permittivity, A the area of the capacitor and d 0 = z 0 the thickness of the transparent layer 6 , From the known dependence of the layer thickness compression Δz as layer thickness deformation on the applied voltage V, a quadratic relationship of the inverse capacitance C -1 to the applied voltage V can be derived with the following equation (V):
Figure DE102015003356B4_0006

Die 17 zeigt die parabelförmige Variation der Kapazität C des Bauteils/Interferenzfilters 27 in Abhängigkeit von der angelegten Spannung V. Durch die Deformierung der transparenten Schicht 6 des Elastomers als elastisches Material steigt die Kapazität C des Bauteils invers quadratisch zur angelegten Spannung V.The 17 shows the parabolic variation of the capacitance C of the component / interference filter 27 depending on the applied voltage V. By the deformation of the transparent layer 6 of the elastomer as an elastic material, the capacitance C of the component increases inversely quadratically to the applied voltage V.

Die beiden sich gegenüberliegenden Spiegel 3 und 11 können beidseitig als zueinander zugewandte Metallspiegel ausgebildet sein, was auch die Ausbildung eines flexiblen, biegsamen Interferenzfilters 27 möglich macht.The two mirrors facing each other 3 and 11 can be formed on both sides as mutually facing metal mirror, which also includes the formation of a flexible, flexible interference filter 27 makes possible.

Die Trägerschicht 1, 12 kann transparent und eine Glasschicht/Glassubstrat sein.The carrier layer 1 . 12 can be transparent and a glass layer / glass substrate.

Das elastische Material kann ein dielektrischer Elastomer in Form eines Silikongels sein.The elastic material may be a dielectric elastomer in the form of a silicone gel.

Die erste Elektrode 2 kann eine Indiumzinnoxid(ITO)-Elektrode sein. The first electrode 2 may be an indium tin oxide (ITO) electrode.

Die zweite Elektrode 5 kann vorzugsweise eine Silberelektrode sein.The second electrode 5 may preferably be a silver electrode.

Die Trägerschicht 1, 12 kann als flexibles Substrat in Form von Folien mit aufgebrachter flexibler Elektrode 2 ausgebildet sein.The carrier layer 1 . 12 can be used as a flexible substrate in the form of foils with applied flexible electrode 2 be educated.

Bei der Funktionsweise des Interferenzfilters 27 der Laser 10, 20, 30, 40 in Transmission kann die erste Elektrode 2 und die Trägerschicht 1 transparent und bei der Funktionsweise des Interferenzfilters der Laser 10, 20, 30, 40 in Reflexion kann die erste Elektrode 2 und/oder die Trägerschicht 1 nicht durchlässig ausgebildet sein.In the operation of the interference filter 27 the laser 10 . 20 . 30 . 40 in transmission, the first electrode 2 and the carrier layer 1 transparent and in the functioning of the interference filter of the laser 10 . 20 . 30 . 40 in reflection, the first electrode 2 and / or the carrier layer 1 not be permeable.

Die Elektroden 2, 5 der Interferenzfilter 27 der Laser 10, 20, 30, 40 können als

  • – Graphen,
  • – leitfähige Polymere,
  • – dünne Metallschichten (transparent),
  • – dicke Metallschichten (nicht transparent) und
  • – leitfähiges Polymer durch Zusatz von leitfähigen Partikeln
  • – leitfähige Nanodrähte
und Kombinationen aus den genannten Varianten ausgebildet sein.The electrodes 2 . 5 the interference filter 27 the laser 10 . 20 . 30 . 40 can as
  • - graphs,
  • Conductive polymers,
  • Thin metal layers (transparent),
  • - thick metal layers (not transparent) and
  • - Conductive polymer by the addition of conductive particles
  • - conductive nanowires
and combinations of said variants be formed.

Als transparente Resonatorschicht 6 kann elastisches Material wie dielektrische Elastomere, ferroelektrische Polymere, Flüssigkristalle, elektrostriktive Polymere, Hydrogele eingesetzt sein.As a transparent resonator layer 6 For example, elastic materials such as dielectric elastomers, ferroelectric polymers, liquid crystals, electrostrictive polymers, hydrogels can be used.

Folgende Zusammenfassung wird gegeben:
Ein Laser besteht im Wesentlichen aus den folgenden Bestandteilen:

  • 1. einem laseraktiven Material 18, bei dem Licht mit einer bestimmten Wellenlänge bzw. Wellenlängenspektrum beim Durchgang durch dieses Material durch den Prozess der stimulierten Emission verstärkt wird.
  • 2. einer Pumpquelle, um das laseraktive Material 18 anzuregen, was elektrisch in Form einer das laseraktive Material 18 darstellenden Laserdiode oder optisch mittels Dioden, Lasern, Blitzlampen oder chemisch erfolgen kann,
  • 3. einem optischen Resonator 19, 23, der das Modenspektrum (Position, Schärfe und Form) durch Resonatorlänge und -form bestimmt,
The following summary is given:
A laser essentially consists of the following components:
  • 1. a laser-active material 18 in which light of a particular wavelength or wavelength spectrum is amplified as it passes through this material through the process of stimulated emission.
  • 2. a pump source to the laser active material 18 stimulate what is electrically in the form of a laser-active material 18 performing laser diode or optically by means of diodes, lasers, flash lamps or chemically,
  • 3. an optical resonator 19 . 23 determining the mode spectrum (position, sharpness and shape) by resonator length and shape,

Das Wellenlängenspektrum eines Lasers bei ausreichend hoher Pumpleistung 63 besteht aus einer Überlagerung des Emissionsspektrums des laseraktiven Materials und der resonanten Moden des Resonators 19, 23.The wavelength spectrum of a laser at sufficiently high pump power 63 consists of a superposition of the emission spectrum of the laser-active material and the resonant modes of the resonator 19 . 23 ,

Aus der Kombination des Laserresonators 19 und des Dünnschichtaktuators 14 aus elastischem Material zu einem erfindungsgemäßen optischen Interferenzfilter 27 können sich verschiedene Kombinationen aus Resonator 19, 23 und Aktuator 14 sowie das Einbringen von mindestens einem laseraktiven Material 18 in den Interferenzfilter 27 ergeben:

  • 1. das laseraktive Material 18 befindet sich im Elastomer 6 eingemischt Durch das Anlegen einer Spannung V zwischen (transparenter) Elektrode und Metallspiegel ändert sich die Resonatorlänge und damit die Emissionswellenlänge, wobei der Laser 10, 20, 30, 40 optisch gepumpt wird,
  • 2. es kann eine separate laseraktive Schicht 7, 71 im Resonator 19, 23 eingebracht sein, die in Form einer „Leuchtdiode (organisch oder anorganisch) als elektrisch gepumptes laseraktives Material oder in Form von mindestens einer Schicht aus optisch gepumptem laseraktiven Material bestehen kann.
  • 3. in Kombination mit einem externen hochreflektierenden Spiegel 11 als externer Resonator mit
  • – strukturierter Metallelektrode (Kontaktstreifen)
  • – laseraktives Material 18 entweder in elastisches Material integriert nach 1. oder als separate Schicht 7, 71 nach 2.,
  • – als Resonator wird die Struktur zwischen den zwei Spiegeln ohne Metall genutzt,
  • – beim Anlegen einer Spannung V zwischen der unteren Elektrode 2 und den Metallkontakten 5 wird das Elastomer in die freien Bereiche zwischen den Metallkontakten 2, 5 verdrängt, da das Volumen inkompressibel ist,
  • – Ausdehnen der Schichtdicke mit Δz'
  • – aufgrund des höheren Brechungsindex nElastomer des Elastomers im Vergleich zum Brechungsindex nHohlraum der Luft bzw. gasgefüllten Hohlraumresonator erhöht sich die optische Weglänge im Resonator l + Δloptisch mit Δloptisch = (nElastomer – nHohlraum)·Δz' was zu einer aktuatorbedingten Verschiebung der resonanten Moden führt,
  • 4. Hohlraumresonator mit laseraktivem Medium 18, das elektrisch oder optisch gepumpt wird, es kann ein zweiter Spiegel auf zwei Dünnschichtaktuatoren aus elastischen Materialien gelagert sein, wobei die Materialien beim Anlegen einer Spannung komprimiert werden, so dass sich zumindest ein Spiegel bewegt, was dazu führt, dass die Resonatorlänge l abnimmt.
From the combination of the laser resonator 19 and the thin film actuator 14 made of elastic material to an optical interference filter according to the invention 27 can be different combinations of resonator 19 . 23 and actuator 14 and the introduction of at least one laser-active material 18 in the interference filter 27 result:
  • 1. the laser active material 18 is in the elastomer 6 By applying a voltage V between (transparent) electrode and metal mirror changes the resonator length and thus the emission wavelength, the laser 10 . 20 . 30 . 40 is pumped optically,
  • 2. It can be a separate laser active layer 7 . 71 in the resonator 19 . 23 may be introduced, which may be in the form of a "light-emitting diode (organic or inorganic) as electrically pumped laser active material or in the form of at least one layer of optically pumped laser-active material.
  • 3. in combination with an external highly reflective mirror 11 as an external resonator with
  • - structured metal electrode (contact strip)
  • - laser active material 18 either integrated in elastic material according to 1st or as a separate layer 7 . 71 after 2.,
  • The resonator used is the structure between the two mirrors without metal,
  • When applying a voltage V between the lower electrode 2 and the metal contacts 5 The elastomer is in the free areas between the metal contacts 2 . 5 displaced because the volume is incompressible,
  • Expanding the layer thickness with Δz '
  • - Due to the higher refractive index n elastomer of the elastomer compared to the refractive index n cavity of the air or gas-filled cavity resonator increases the optical path length in the resonator l + .DELTA.l optically with .DELTA.l optical = (n elastomer - n cavity ) · .DELTA.z 'resulting in an actuator Displacement of the resonant modes leads,
  • 4. Cavity resonator with laser-active medium 18 which is pumped electrically or optically, a second mirror may be mounted on two thin-film actuators made of elastic materials, the materials being compressed upon application of a voltage such that at least one mirror moves causing the resonator length l to decrease.

Es können auch Laser mit mindestens einem anorganischen Halbleiter z. B. in Form von III-V-Halbleiter, III-VI-Halbleitern als laseraktivem Material 18 ausgebildet sein. Es können auch Laser nach Punkt 1. mit zumindest einem organischen aktiven Medium
z. B. für die Schicht 6 als Bemischung in das Elastomer Rhodaminfarbstoffe z. B. Rhodamin B (9-(2-Carboxyphenyl)-3,6-bis(diethylamino)xanthyliumchlorid), Pyrromethene 567 (Difluoro{3-ethyl-5-[1-(4-ethyl-3,5-dimethyl-2H-pyrrol-2-ylidene-N)ethyl]-2,4-dimethyl-1H-pyrrolato-N}boron) oder Pyrromethene 597 (Difluoro(4-(1,1-dimethylethyl)-2-{1-[4-(1,1-dimethylethyl)-3,5-dimethyl-2H-pyrrol-2-ylidene-N]ethyl}-3,5-dimethyl-1H-pyrrol-2-ylidene-N]ethyl}-3,5-dimethyl-1H-pyrrolato-N)boron) oder
für Laser 30, 40 als separate Schicht 7, 71 z. B. Alq3:DCM (Aluminium-tris(8-hydroxychinolin dotiert mit 4-(Dicyanomethyl)-2-methyl-6-(4-dimethyl-amino-styryl)-4-H-pyran) ausgebildet sein.It can also laser with at least one inorganic semiconductor z. B. in the form of III-V semiconductors, III-VI semiconductors as laser-active material 18 be educated. It can also laser after point 1 , with at least one organic active medium
z. B. for the layer 6 as a mixture in the elastomer rhodamine dyes z. Rhodamine B (9- (2-carboxyphenyl) -3,6-bis (diethylamino) xanthylium chloride), pyrromethene 567 (difluoro {3-ethyl-5- [1- (4-ethyl-3,5-dimethyl-2H -pyrrol-2-ylidenes-N) ethyl] -2,4-dimethyl-1H-pyrrolato-N, boron) or pyrromethenes 597 (difluoro (4- (1,1-dimethylethyl) -2- {1- [4- (1,1-dimethylethyl) -3,5-dimethyl-2H-pyrrol-2-ylidene-N] ethyl} -3,5-dimethyl-1H-pyrrol-2-ylidene-N] ethyl} -3,5- dimethyl-1H-pyrrolato-N) boron) or
for lasers 30 . 40 as a separate layer 7 . 71 z. Alq 3 : DCM (aluminum tris (8-hydroxyquinoline doped with 4- (dicyanomethyl) -2-methyl-6- (4-dimethylamino-styryl) -4-H-pyran).

Die genannten Laser 10, 20, 30, 40 können sowohl optisch gepumpt als auch elektrisch gepumpt werden.The mentioned lasers 10 . 20 . 30 . 40 can be pumped optically as well as electrically pumped.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Trägerschichtbacking
22
erste Elektrodefirst electrode
33
dielektrischer Spiegeldielectric mirror
44
transparente Resonatorschicht mit laseraktivem Materialtransparent resonator layer with laser-active material
4141
transparente erste Resonatorteilschicht mit laseraktivem Materialtransparent first resonator sub-layer with laser-active material
4242
transparente zweite Resonatorteilschicht mit laseraktivem Materialtransparent second resonator sub-layer with laser-active material
55
flexible zweite Elektrode/Metallelektrodeflexible second electrode / metal electrode
66
Resonatorschicht aus elastischem MaterialResonator layer of elastic material
77
Schicht mit laseraktivem MaterialLayer with laser active material
7171
Teilschicht mit laseraktivem MaterialPartial layer with laser-active material
88th
erster Elektrodenanschlussfirst electrode connection
99
zweiter Elektrodenanschlusssecond electrode connection
1010
erster Laserfirst laser
1111
zweiter dielektrischer Spiegelsecond dielectric mirror
1212
zweite Trägerschichtsecond carrier layer
1313
Aktuatorschicht/SchichtstapelActuator layer / layer stack
1414
DünnschichtaktuatorDünnschichtaktuator
1515
Durchgängecrossings
1616
Hohlraumcavity
1717
Freiraumfree space
1818
laseraktives Materiallaser active material
1919
optischer Resonatoroptical resonator
2020
zweiter Lasersecond laser
2121
SpannnungssteuereinheitSpan drying control unit
2222
Verschiebungsrichtungshift direction
2323
Hohlraumresonatorcavity resonator
2424
Membranmembrane
2525
luftgefüllte Kavitätair-filled cavity
2626
Abstandhalterspacer
2727
optischer Interferenzfilteroptical interference filter
2828
resonante Moderesonant fashion
2929
resonante Moderesonant fashion
3030
dritter Laserthird laser
4040
vierter Laserfourth laser
6060
Laserresonator nach dem Stand der TechnikLaser resonator according to the prior art
6161
Pumpquellepump source
6262
Detektordetector
6363
Pumpenergiepump energy
6464
emittiertes Wellenlängenband in Transmissionemitted wavelength band in transmission
6565
emittiertes Wellenlängenband in Reflexionemitted wavelength band in reflection
6666
FilterhalterungseinrichtungFilter support means
6767
randseitige Auslenkung der elastischen Schichtedge deflection of the elastic layer
6868
randseitige Auslenkung der elastischen Schichtedge deflection of the elastic layer
100100
Laser nach dem Stand der TechnikLaser according to the prior art
λλ
Wellenlängewavelength
ΔλΔλ
WellenlängenbereichWavelength range
VV
Spannungtension
zz
Schichtdicke der elastischen SchichtLayer thickness of the elastic layer
ΔzAz
Deformation/SchichtdickenänderungDeformation / layer thickness change
ll
optische Dicke der transparenten Schichtoptical thickness of the transparent layer
Δl.DELTA.l
optische Dickenänderung der transparenten Schichtoptical thickness change of the transparent layer
YY
Elastizitätsmodulmodulus of elasticity
ττ
Transmissiontransmission

Claims (19)

Laser (10, 20, 30), zumindest umfassend – einen optischen Resonator (19) mit einer transparenten Resonatorschicht (6), die sich zwischen mindestens zwei Spiegeln (3, 11) befindet und die zur Erzeugung mindestens eines sich bei einer definierten Resonatorlänge l ausbildenden resonanten Wellenlängenbandes Δλ (64, 65) aus einem durch den Aufbau des Resonators (19) bestimmten Wellenlängenbereich dient, – ein laseraktives Material (18) zur Erzeugung des Wellenlängenbandes (64, 65) aus dem Wellenlängenspektrum, wobei sich das laseraktive Material (18) zumindest in einem Teil der Resonatorschicht (6) befindet, – eine Pumpquelle zur Anregung des laseraktiven Materials (18), wobei das emittierte Wellenlängenband (64, 65) des Lasers (10, 20, 30) bei einer bestimmten Pumpleistung (63) aus einer Überlagerung des Wellenlängenspektrums des laseraktiven Materials (18) und den resonanten Moden des Resonators (19) entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (19) zu einem Dünnschichtaktuator (14) gehört und der Dünnschichtaktuator (14) als Schichtstapel gemeinsam mit dem Resonator (19) einen optischen Interferenzfilter (27) ausbildet, wobei der Dünnschichtaktuator (14) eine Aktuatorschicht (13) zwischen zwei an eine Spannungssteuereinheit (21) angeschlossenen, voneinander beabstandeten und mit der Aktuatorschicht (13) in Verbindung stehenden Elektroden (2, 5) aufweist, wobei die Aktuatorschicht (13) zumindest einen Teil (4) der Resonatorschicht (6) bildet, die zumindest zum Teil aus elastischen, die Resonatorlänge l unter Spannung veränderndem Material besteht, und wobei das elastische Material reversibel formveränderbar und ein dielektrischer Elastomer ist.Laser ( 10 . 20 . 30 ), at least comprising - an optical resonator ( 19 ) with a transparent resonator layer ( 6 ) extending between at least two mirrors ( 3 . 11 ) and for generating at least one resonant wavelength band Δλ (FIG. 64 . 65 ) from a by the structure of the resonator ( 19 ) serves a specific wavelength range, - a laser-active material ( 18 ) for generating the wavelength band ( 64 . 65 ) from the wavelength spectrum, wherein the laser-active material ( 18 ) at least in a part of the resonator layer ( 6 ), - a pump source for exciting the laser-active material ( 18 ), wherein the emitted wavelength band ( 64 . 65 ) of the laser ( 10 . 20 . 30 ) at a certain pump power ( 63 ) from a superimposition of the wavelength spectrum of the laser-active material ( 18 ) and the resonant modes of the resonator ( 19 ), characterized in that the resonator ( 19 ) to a thin film actuator ( 14 ) and the thin film actuator ( 14 ) as a layer stack together with the resonator ( 19 ) an optical interference filter ( 27 ), wherein the thin film actuator ( 14 ) an actuator layer ( 13 ) between two to a voltage control unit ( 21 ), spaced apart from each other and with the actuator layer ( 13 ) associated electrodes ( 2 . 5 ), wherein the actuator layer ( 13 ) at least one part ( 4 ) of the resonator layer ( 6 ), which consists at least in part of elastic, the resonator length l under stress-changing material, and wherein the elastic material is reversibly deformable and a dielectric elastomer. Laser (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest umfasst – eine als Substrat ausgebildete Trägerschicht (1), – eine erste Elektrode (2), die im Kontakt mit der Trägerschicht (1) steht, – einen dielektrischen ersten Spiegel (3), der im Kontakt mit der ersten Elektrode (2) steht, – eine transparente Resonatorschicht (6), die mit dem dielektrischen ersten Spiegel (3) im Kontakt steht, – eine Metallelektrode (5), die mit der transparenten Resonatorschicht (6) im Kontakt steht, wobei der Metallelektrode (5) ein der transparenten Resonatorschicht (6) zugewandter Metallspiegel als zweiter Spiegel (11) zugeordnet ist, wobei die transparente Resonatorschicht (6) aus elastischem Material gebildet ist, wobei die Elektroden (2, 5) sowie die Aktuatorschicht (13) in Form eines Schichtstapels zwischen den Elektroden (2, 5) einen mit einstellbarer angelegter Spannung V betätigbaren Dünnschichtaktuator (14) ausbilden, wobei das elastische Material der Resonatorschicht (6) mit einem in das elastische Material eingemischten laseraktiven Material (18) zu einer ausgebildeten Resonatorschicht (4), das ein Wellenlängenspektrum nach einem optischem oder elektrischem Energiepumpen erzeugt, in Verbindung steht.Laser ( 10 ) according to claim 1, characterized in that it comprises at least - a carrier layer formed as a substrate ( 1 ), - a first electrode ( 2 ) in contact with the carrier layer ( 1 ), a dielectric first mirror ( 3 ) in contact with the first electrode ( 2 ), - a transparent resonator layer ( 6 ) associated with the dielectric first mirror ( 3 ) is in contact, - a metal electrode ( 5 ) connected to the transparent resonator layer ( 6 ) is in contact with the metal electrode ( 5 ) one of the transparent resonator layer ( 6 ) facing metal mirror as a second mirror ( 11 ), wherein the transparent resonator layer ( 6 ) is formed of elastic material, wherein the electrodes ( 2 . 5 ) as well as the actuator layer ( 13 ) in the form of a layer stack between the electrodes ( 2 . 5 ) actuatable with adjustable applied voltage V Dünlschichtaktuator ( 14 ), wherein the elastic material of the resonator layer ( 6 ) with a laser-active material mixed into the elastic material ( 18 ) to form a resonator layer ( 4 ) which generates a wavelength spectrum after optical or electric energy pumping. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das laseraktive Material (18) dem elastischen Material gleichmäßig verteilt beigemischt ist.Laser according to claim 1, characterized in that the laser-active material ( 18 ) is mixed evenly distributed to the elastic material. Laser (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Interferenzfilter (27) zumindest umfasst – eine als Substrat ausgebildete Trägerschicht (1), – eine Elektrode (2), die im Kontakt mit der Trägerschicht (1) steht, – einen dielektrischen ersten Spiegel (3), der im Kontakt mit der Elektrode (2) steht, – eine mit einem Freiraum (17) versehene transparente Resonatorschicht (6), die mit dem dielektrischen ersten Spiegel (3) im Kontakt steht, – eine Metallelektrode (5), die mit der transparenten Resonatorschicht (6) im Kontakt steht und sich zwischen der transparenten Resonatorschicht (6) und dem Freiraum (17) befindet, wobei die transparente Resonatorschicht (6) aus elastischem Material gebildet ist, wobei der Schichtstapel (13) zwischen den Elektroden (2, 5) mit den beiden beabstandeten Elektroden (2, 5) einen mit einstellbarer angelegter Spannung V betätigbaren Dünnschichtaktuator (14) darstellt, wobei das elastische Material mit einem in das elastische Material eingemischten laseraktiven Material (18), das ein Wellenlängenspektrum nach einem optischem oder elektrischem Energiepumpen erzeugt, in Verbindung steht, wobei die Metallelektrode (5) mit transparenten Durchgängen (15) ausgebildet ist, der ein den Freiraum (17) begrenzender, dielektrischer zweiter Spiegel (11) gegenüberliegend zur Ausbildung eines Resonators (19) mit den Schichten (3-4-17-11) angeordnet ist.Laser ( 20 ) according to claim 1, characterized in that the optical interference filter ( 27 ) at least comprises - a carrier layer formed as a substrate ( 1 ), - an electrode ( 2 ) in contact with the carrier layer ( 1 ), a dielectric first mirror ( 3 ) in contact with the electrode ( 2 ), - one with a free space ( 17 ) provided transparent resonator layer ( 6 ) associated with the dielectric first mirror ( 3 ) is in contact, - a metal electrode ( 5 ) connected to the transparent resonator layer ( 6 ) is in contact and between the transparent resonator ( 6 ) and the open space ( 17 ), wherein the transparent resonator layer ( 6 ) is formed of elastic material, wherein the layer stack ( 13 ) between the electrodes ( 2 . 5 ) with the two spaced electrodes ( 2 . 5 ) actuatable with adjustable applied voltage V Dünlschichtaktuator ( 14 ), the elastic material having a laser-active material mixed into the elastic material ( 18 ), which generates a wavelength spectrum after optical or electrical energy pumping, in which the metal electrode ( 5 ) with transparent passages ( 15 ) is formed, one the free space ( 17 ) limiting, dielectric second mirror ( 11 ) opposite to the formation of a resonator ( 19 ) with the layers ( 3 - 4 - 17 - 11 ) is arranged. Laser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische zweite Spiegel (11) der Metallelektrode (5) außerhalb des Dünnschichtaktuators (14) gegenüberliegt und zwischen beiden der Freiraum (17) vorhanden ist.Laser according to claim 4, characterized in that the dielectric second mirror ( 11 ) of the metal electrode ( 5 ) outside of the thin film actuator ( 14 ) and between the two the free space ( 17 ) is available. Laser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische zweite Spiegel (11) als Schicht mit einer ortsveränderlichen zweiten Trägerschicht (12) in Verbindung steht.Laser according to claim 4, characterized in that the dielectric second mirror ( 11 ) as a layer with a mobile second carrier layer ( 12 ). Laser (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Interferenzfilter (27) zumindest umfasst – eine als Substrat ausgebildete Trägerschicht (1), – eine erste Elektrode (2), die im Kontakt mit der Trägerschicht (1) steht, – einen dielektrischen ersten Spiegel (3), der im Kontakt mit der ersten Elektrode (2) steht, – eine transparente Resonatorschicht (6), die mit dem dielektrischen ersten Spiegel (3) im Kontakt steht, – eine Metallelektrode (5), die mit der transparenten Resonatorschicht (6) im Kontakt steht, wobei die transparente Resonatorschicht (6) aus elastischem Material gebildet ist, wobei der Schichtstapel (13) zwischen den Elektroden (2, 5) mit den beiden Elektroden (2, 5) einen mit einstellbarer angelegter Spannung V betätigbaren Dünnschichtaktuator (14) ausbildet, wobei das elastische Material mit einem laseraktiven Material (18), das ein Wellenlängenspektrum nach einem optischem oder elektrischem Energiepumpen erzeugt, in Verbindung steht, wobei das laseraktive Material (18) als einzelne Schicht (7) einerseits mit der transparenten Resonatorschicht (6) aus elastischem Material und andererseits mit der Metallelektrode (5) in Verbindung steht und Teil des optischen Resonators (19) ist.Laser ( 30 ) according to claim 1, characterized in that the optical interference filter ( 27 ) at least comprises - a carrier layer formed as a substrate ( 1 ), - a first electrode ( 2 ) in contact with the carrier layer ( 1 ), a dielectric first mirror ( 3 ) in contact with the first electrode ( 2 ), - a transparent resonator layer ( 6 ) associated with the dielectric first mirror ( 3 ) is in contact, - a metal electrode ( 5 ) connected to the transparent resonator layer ( 6 ) is in contact, wherein the transparent resonator layer ( 6 ) is formed of elastic material, wherein the layer stack ( 13 ) between the electrodes ( 2 . 5 ) with the two electrodes ( 2 . 5 ) actuatable with adjustable applied voltage V Dünlschichtaktuator ( 14 ), wherein the elastic material with a laser-active material ( 18 ), which generates a wavelength spectrum after optical or electrical energy pumping, in which the laser-active material ( 18 ) as a single layer ( 7 ) on the one hand with the transparent resonator layer ( 6 ) made of elastic material and on the other hand with the metal electrode ( 5 ) and part of the optical resonator ( 19 ). Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das laseraktive Material (18) in den Resonatorschichten (6, 4) des elastischen Materials gleichmäßig verteilt beigemischt ist.Laser according to claim 1, characterized in that the laser-active material ( 18 ) in the resonator layers ( 6 . 4 ) of the elastic material is mixed evenly distributed. Laser nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (1, 12) transparent und eine Glasschicht/Glassubstrat ist.Laser according to claims 1 to 8, characterized in that the carrier layer ( 1 . 12 ) is transparent and a glass layer / glass substrate. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Elastomer ein Silikongel istLaser according to claim 1, characterized in that the dielectric elastomer is a silicone gel Laser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (2) eine Indiumzinnoxid(ITO)-Elektrode ist. Laser according to claim 2, characterized in that the first electrode ( 2 ) is an indium tin oxide (ITO) electrode. Laser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (5) eine Silberelektrode ist.Laser according to claim 2, characterized in that the second electrode ( 5 ) is a silver electrode. Laser nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (1, 12) als flexibles Substrat in Form von Folien mit aufgebrachter flexibler Elektrode (2, 5) ausgebildet ist.Laser according to claims 1 to 8, characterized in that the carrier layer ( 1 . 12 ) as a flexible substrate in the form of foils with applied flexible electrode ( 2 . 5 ) is trained. Laser nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Funktionsweise des Lasers (10, 20, 30) in Transmission die erste Elektrode (2) und die Trägerschicht (1) transparent und bei der Funktionsweise des Lasers (10, 20, 30) in Reflexion die erste Elektrode (2) und/oder die Trägerschicht (1) nicht durchlässig ausgebildet sind.Laser according to claims 1 to 13, characterized in that in the operation of the laser ( 10 . 20 . 30 ) in transmission the first electrode ( 2 ) and the carrier layer ( 1 ) transparent and in the operation of the laser ( 10 . 20 . 30 ) in reflection the first electrode ( 2 ) and / or the carrier layer ( 1 ) are not permeable. Laser nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2, 5) des Interferenzfilters (27) als – Graphen, – leitfähige Polymere, – dünne transparente Metallschichten, – dicke nicht transparente Metallschichten, – leitfähiges Polymer durch Zusatz von leitfähigen Partikeln, – leifähigen Nanodrähten und Kombinationen aus den genannten Varianten ausgebildet sind.Laser according to claims 1 to 14, characterized in that the electrodes ( 2 . 5 ) of the interference filter ( 27 ) as - graphene, - conductive polymers, - thin transparent metal layers, - thick non-transparent metal layers, - conductive polymer formed by the addition of conductive particles, - leifähigen nanowires and combinations of the said variants. Laser nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden sich gegenüberliegenden Spiegel (3, 11) beidseitig als zueinander zugewendete Metallspiegel ausgebildet sind.Laser according to claims 1 to 15, characterized in that the two opposing mirrors ( 3 . 11 ) are formed on both sides as mutually facing metal mirror. Laser nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als transparente Resonatorschicht (6) elastisches Material wie dielektrische Elastomere, ferroelektrische Polymere, Flüssigkristalle, elektrostriktive Polymere, Hydrogele eingesetzt ist.Laser according to claims 1 to 16, characterized in that as transparent resonator layer ( 6 ) elastic material such as dielectric elastomers, ferroelectric polymers, liquid crystals, electrostrictive polymers, hydrogels is used. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser mit mindestens einem anorganischen Halbleiter, insbesondere einem III-V- oder III-VI-Halbleiter als laseraktivem Material (18) ausgebildet ist.Laser according to claim 1, characterized in that the laser with at least one inorganic semiconductor, in particular a III-V or III-VI semiconductor as the laser-active material ( 18 ) is trained. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit zumindest einem organischen laseraktiven Material (18) für die Schicht (6) als Bemischung in das Elastomer Rhodaminfarbstoffe z. B. Rhodamin B (9-(2-Carboxyphenyl)-3,6-bis(diethylamino)xanthyliumchlorid), Pyrromethene 567 (Difluoro{3-ethyl-5-[1-(4-ethyl-3,5-dimethyl-2H-pyrrol-2-ylidene-N)ethyl]-2,4-dimethyl-1H-pyrrolato-N}boron) oder Pyrromethene 597 (Difluoro(4-(1,1-dimethylethyl)-2-{1-[4-(1,1-dimethylethyl)-3,5-dimethyl-2H-pyrrol-2-ylidene-N]ethyl}-3,5-dimethyl-1H-pyrrol-2-ylidene-N]ethyl}-3,5-dimethyl-1H-pyrrolato-N)boron) oder für Laser (30) als separate Schicht (7) z. B. Alq3:DCM (Aluminium-tris(8-hydroxychinolin dotiert mit 4-(Dicyanomethyl)-2-methyl-6-(4-dimethyl-amino-styryl)-4-H-pyran) ausgebildet sind.Laser according to claim 1, characterized in that with at least one organic laser-active material ( 18 ) for the layer ( 6 ) as a mixture in the elastomer rhodamine dyes z. Rhodamine B (9- (2-carboxyphenyl) -3,6-bis (diethylamino) xanthylium chloride), pyrromethene 567 (difluoro {3-ethyl-5- [1- (4-ethyl-3,5-dimethyl-2H -pyrrol-2-ylidenes-N) ethyl] -2,4-dimethyl-1H-pyrrolato-N, boron) or pyrromethenes 597 (difluoro (4- (1,1-dimethylethyl) -2- {1- [4- (1,1-dimethylethyl) -3,5-dimethyl-2H-pyrrol-2-ylidene-N] ethyl} -3,5-dimethyl-1H-pyrrol-2-ylidene-N] ethyl} -3,5- dimethyl-1H-pyrrolato-N) boron) or for lasers ( 30 ) as a separate layer ( 7 ) z. B. Alq 3 : DCM (aluminum tris (8-hydroxyquinoline doped with 4- (dicyanomethyl) -2-methyl-6- (4-dimethyl-amino-styryl) -4-H-pyran) are formed.
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