DE10113943B4

DE10113943B4 - Diodenlaserbauelement

Info

Publication number: DE10113943B4
Application number: DE10113943A
Authority: DE
Inventors: Ulrich RÖLLIG; Dirk Lorenzen
Original assignee: Jenoptik Laserdiode GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: US20020136250A1; JP2002314011A; FR2822599A1; DE10113943A1; JP4035352B2; US6754244B2

Abstract

Diodenlaserbauelement mit einem Diodenlaserbarren auf einer Montagefläche einer passiv kühlenden Wärmesenke und einem Abdeckelement für den Diodenlaserbarren, wobei die Wärmesenke und das Abdeckelement elektrisch leitend ausgebildet sind und Ausnehmungen zur Elementbefestigung enthalten, die Wärmesenke einen die Montagefläche an allen Rändern umgebenden stofflich geschlossenen Bereich zur Wärmespreizung aufweist, außerhalb dessen die Ausnehmungen zur Elementbefestigung vorgesehen sind und wobei von den Ausnehmungen zur Elementbefestigung Bohrungen zur Aufnahme von elektrischen Kontakten auf der zur Emissionsrichtung abgewandten Seite des Diodenlaserbarrens außermittig in die Wärmesenke und das Abdeckelement eingearbeitet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (14) eine Grund- und eine Deckfläche (25, 26) aufweist, die beide als Verbindungsflächen zu der Wärmesenke (1) ausgebildet sind, so dass in Abhängigkeit von der Wahl der Verbindungsfläche entweder die außermittig in die Wärmesenke (1) und das Abdeckelement (14) eingearbeiteten Bohrungen (15, 18) zur Aufnahme von elektrischen Kontakten in einer Richtung senkrecht zur Emissionsrichtung des Diodenlaserbarrens (2) nebeneinander oder koaxial...

Description

Die Erfindung betrifft ein Diodenlaserbauelement mit einem Diodenlaserbarren auf einer Montagefläche einer passiv kühlenden Wärmesenke und einem Abdeckelement für den Diodenlaserbarren, wobei die Wärmesenke und das Abdeckelement elektrisch leitend ausgebildet sind und Ausnehmungen zur Elementbefestigung enthalten, die Wärmesenke einen stofflich geschlossenen Bereich zur Wärmespreizung aufweist, außerhalb dessen die Ausnehmungen zur Elementbefestigung vorgesehen sind und wobei von den Ausnehmungen zur Elementbefestigung Bohrungen zur Aufnahme von elektrischen Kontakten auf der zur Emissionsrichtung abgewandten Seite des Diodenlaserbarrens außermittig in die Wärmesenke und das Abdeckelement eingearbeitet sind.
Zur passiven Kühlung von Hochleistungsdiodenlaserbarren werden üblicherweise massive Wärmesenken verwendet, bei denen der Kühleffekt durch Wärmeleitung hervorgerufen wird, wobei jedoch im Bedarfsfall zusätzlich eine Wärmerohrstruktur zur passiv konvektiven Siedekühlung vorgesehen sein kann.
Neben der mechanischen Halterung hat die Wärmesenke vor allem die Aufgabe der Kühlung des auf einer Montagefläche ihrer Oberseite montierten Hochleistungsdiodenlaserbarrens zu übernehmen. Dabei ist es von besonderer Bedeutung, ob eine ausreichende Wärmespreizung zur Erhöhung der Kühleffizienz gewährleistet ist und ob die dafür vorgesehenen Maßnahmen mit anderen Erfordernissen eines Diodenlaserbauelementes in Einklang zu bringen sind. Das betrifft insbesondere die bedarfsweise Verwendung von Kollimationsoptiken, wie z. B. in C. Brettschneider und F. Bachmann: „Klein und wirtschaftlich: Industrielle Hochleistungsdiodenlaser", LaserOpto, 31(1), 1999, S. 68–70, in der US 5 793 792 A oder in der US 5 579 422 A beschrieben, aber auch die Zufuhr von immer höheren elektrischen Leistungen. Aus Platzgründen sollte die Wärmesenke in ihren Abmessungen durch die aus thermischen Gründen für die Wärmespreizung der Verlustleistung erforderlichen Maße bestimmt sein. Besonders trifft das auf die seitliche Ausdehnung in der Ebene der Wärmesenkenoberfläche senkrecht zur Abstrahlrichtung des Diodenlaserbarrens zu. Dabei muss jedoch beachtet werden, dass die thermische Symmetrie der Wärmesenke bezüglich des Diodenlaserbarrens gewahrt bleibt, da dieser im Betrieb ansonsten wärmere und kältere Bereiche aufweisen würde.
Meist werden die aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden Wärmesenken auf einer leitenden Grundplatte befestigt, über die eine Stromzufuhr erfolgt. Während die Wärmesenke dabei als Anode (p-Kontakt) ausgebildet ist, wird der n-Kontakt über eine Abdeckung des Hochleistungsdiodenlaserbarrens hergestellt. Besteht die Forderung mehrere Diodenlaserbauelemente im gleichzeitigen Betrieb einzusetzen, bereitet eine solche Konzeption Schwierigkeiten, da sich in bevorzugter Weise eine elektrische Reihenschaltung anbietet, die keine so hohen Anforderungen an die Netzgeräte und elektrischen Zuleitungen wie eine Parallelschaltung stellt.
Die WO 98/35 410 A1 beschreibt eine Gehäuseanordnung für Laserdioden, die aus einem inneren und einem äußerem Gehäuse mit thermisch leitfähigen Grundplatten besteht, wobei das innere Gehäuse die Laserdiode, Koppeloptiken und Faserenden von optischen Fasern enthält, um die Laserstrahlung aus dem inneren Gehäuse herauszuführen.
Aus der DE 197 46 204 A1 sind sowohl die Messung der Temperatur an der Wärmesenke als auch Anordnungen von Messfühlern zur Messung der Temperatur auf bzw. in einem Laserchip bekannt.
Die FR 2 797 556 A1 verwendet als Verbindungselement zwischen einem elektronischen Bauteil und einer Wärmesenke einen L-förmigen Träger aus Graphitmaterial, das in Aluminium gekapselt ist.
Die DE 198 21 544 A1 beschreibt ein dielektrisches Substrat, das in Form einer Reihe einzelner Teilsubstrate ausgebildet ist, die an der Oberseite eine Metallisierung zur elektrischen Stromführung und Kontaktierung für einen Laserbarren aufweisen.
In W. Koechner: "Solid-State Laser Engineering", Berlin [u. a.]: Springer 1996, 4. Aufl., S. 312–313, ist ein Diodenlaserarray auf einer pyramidenförmigen Wärmesenke montiert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine in der Wärmespreizung verbesserte passiv kühlende Wärmesenke derart zu gestalten, dass ein Diodenlaserbauelement, das eine solche Wärmesenke verwendet, thermisch symmetrisch und kompakt im Aufbau sowie universell im Einsatz ist, insbesondere die Strahlführung und die elektrische Schaltungstechnik betreffend.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Diodenlaserbauelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Abdeckelement eine Grund- und eine Deckfläche aufweist, die beide als Verbindungsflächen zu der Wärmesenke ausgebildet sind, so dass in Abhängigkeit von der Wahl der Verbindungsfläche entweder die außermittig in die Wärmesenke und das Abdeckelement eingearbeiteten Bohrungen zur Aufnahme von elektrischen Kontakten in einer Richtung senkrecht zur Emissionsrichtung des Diodenlaserbarrens nebeneinander oder koaxial übereinander liegen.
Das erleichtert zum einen eine Reihenschaltung von mehreren Diodenlaserbauelementen und erhöht zum anderen die Einsatzflexibilität. Außerdem ist mit einer durch den Aufbau des Diodenlaserbauelementes gesicherten thermischen Symmetrie gewährleistet, dass sich in dem Diodenlaserbarren eine gleichmäßige Temperaturverteilung ausbildet.
Einer ungehinderten Strahlausbreitung dient eine Schräge an einem, der Montagefläche in Emissionsrichtung des Diodenlaserbarrens vorgelagerten Teil der Wärmesenke, deren Neigungswinkel dem Abstrahlwinkel des Diodenlaserbarrens angepasst ist.
Zur Aufnahme optischer Abbildungselemente, wie z. B. von Kollimationsoptiken, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Wärmesenke zwischen der Montagefläche und der Schräge eine Stufe mit einer parallel zur Montagefläche verlaufenden Aufnahmefläche enthält. Zusätzlich positiv wirkt sich der über die Kollimationsoptik überstehende Vorsprung der Wärmesenke aus, denn dieser schützt sowohl die Optik als auch den Diodenlaserbarren vor mechanischen Einwirkungen.
Mindestens an einer Seite ist der Montagefläche in einer Richtung senkrecht zur Emissionsrichtung des Diodenlaserbarrens eine Bohrung zur Aufnahme eines Temperatursensors benachbart, die an den Bereich zur Wärmespreizung angrenzt.
Besonders vorteilhaft ist die symmetrische Anordnung von Temperatursensoren zu beiden Seiten des Diodenlaserbarrens und deren nahe Lage am Rand des Bereiches zur Wärmespreizung. Ohne den Wärmespreizbereich zu stören, wird auf diese Weise eine den tatsächlichen Temperaturverhältnissen unterhalb des Diodenlaserbarrens nahekommende Messwerterfassung gewährleistet, aus der durch den symmetrischen Messaufbau bei voneinander unterschiedlichen Temperaturmesswerten auf Störungen oder Defekte im Diodenlaserbarren geschlossen werden kann. Deshalb sollte von einem Paar von Bohrungen, die zur Aufnahme von Sensorelementen für eine Temperaturmessung dienen, der Montagefläche an jeder Seite in einer Richtung senkrecht zur Emissionsrichtung des Diodenlaserbarrens jeweils eine Bohrung dem Bereich zur Wärmespreizung benachbart sein und an diesen angrenzen, wobei die Abstände der Bohrungen von der Montagefläche gleich groß sein sollten.
Durch die rückwärtige Anordnung der elektrischen Kontakte ist gesichert, dass die elektrischen Zuleitungen vor Beschädigungen durch die Laserstrahlung geschützt sind und dass das Diodenlaserbauelement bei ungestörter Wärmespreizung selbst kompakt bleibt.
Sehr hohe Ströme (bis 100 A) lassen sich dem Diodenlaserbauelement zuführen, wenn die Bohrungen zur Befestigung der elektrischen Kontakte als Gewindebohrungen ausgebildet sind, über die Polschuhe von Netzkabeln mit Schrauben befestigt werden können. Unterschiedliche Durchmesser der Bohrungen erhöhen die Betriebssicherheit, da ein Vertauschen ausgeschlossen ist.
Das Diodenlaserbauelement ist besonders für einen potentialfreien Aufbau geeignet, was sowohl für das einzelne Element als auch für die Reihenschaltung von mehreren Diodenlaserbauelementen gilt, da die Wärmesenke voneinander getrennte Bereiche für die Stromzufuhr und die Wärmeableitung aufweist. Während die Wärmesenke mit ihrer Grundfläche elektrisch isoliert auf einer Kühlplatte befestigt werden kann, ist der für den einen elektrischen Kontakt (p-Kontakt) vorgesehene Schraubanschluss ebenso wie der Schraubanschluss an dem Abdeckelement in praktischer Weise positioniert.
Von Vorteil ist es auch, wenn die Wärmesenke und das Abdeckelement miteinander elektrisch kurzschließbar sind, was z. B. durch eine lösbare Schraubverbindung realisierbar ist.
Der stofflich geschlossene Bereich zur Wärmespreizung kann sowohl aus einem einheitlichen Material als auch aus verschiedenen Materialien bestehen. Letzteres gestaltet sich besonders positiv, wenn der stofflich geschlossene Bereich zur Wärmespreizung wenigstens einen Graphitkern enthält, der durch ein anderes Wärmesenkenmaterial gekapselt ist.
Von Vorteil ist auch, wenn die Montagefläche auf einem, als stofflicher Teil der Wärmesenke vorgesehenen Substrat aufgebracht ist, dessen Wärmeleitfähigkeit die von Metallen übersteigt und das auch in Teilsubstrate unterteilt sein kann.
Eine besonders vorteilhafte Wärmesenke lässt sich aufbauen, wenn als Wärmesenkenmaterial Kupfer-Wolfram oder Kupfer-Molybdän in Verbindung mit dem gekapselten Graphitkern verwendet wird und wenn die Montagefläche auf einem, als stofflicher Teil der Wärmesenke vorgesehenen metallisierten Substrat aus einkristallinem Siliziumkarbid aufgebracht ist.
Schließlich können das Abdeckelement oder die Wärmesenke als Träger für eine Auswerteeinrichtung zur Messwerterfassung, Messwertumwandlung und gegebenenfalls auch zur Messwertspeicherung dienen, wodurch unnötig lange Übertragungswege vermieden werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine in ihrer Wärmespreizung verbesserte Wärmesenke, mit der unter Verzicht auf ein Kollimationsmittel gearbeitet wird,
2 eine Wärmesenke mit verbesserter Wärmespreizung, die in einfacher Weise die Montage einer Kollimationsoptik gestattet,
3 ein Diodenlaserbauelement unter Verwendung einer Wärmesenke mit verbesserter Wärmespreizung in einer Explosivdarstellung und
4 das Diodenlaserbauelement im zusammengebauten Zustand
Gemäß 1 enthält eine, aus einem massiven Kupferblock bestehende Wärmesenke 1 zur Aufnahme eines Diodenlaserbarrens 2 eine Montagefläche 3, der gegenüber einer in Emissionsrichtung E des Diodenlaserbarrens 2 gelegenen Begrenzung der Wärmesenke 1 zurückversetzt ist. Ein dadurch gebildeter Vorsprung 4 ist mit einer Schräge 5 versehen, deren Neigungswinkel dem Abstrahlwinkel des Diodenlaserbarrens 2 für eine ungehinderte Abstrahlung in einem freigehaltenen Abstrahlbereich angepasst ist. Der Neigungswinkel der Schräge 5 kann gegenüber der Montagefläche 3 in einem Bereich von 30° bis 60° liegen.
Die verbesserte Wärmespreizung wird dadurch erreicht, dass die Montagefläche 3 an allen Rändern von einem stofflich geschlossenen Bereich zur Wärmespreizung umgeben ist. Besonders vorteilhaft wirkt sich der Vorsprung 4 aus, da dieser eine Spreizung in einer Richtungskomponente der Strahlausbreitung bewirkt. Alle Störungen, durch die eine zusammenhängende Materialstruktur der Wärmesenke 1 beeinflusst werden könnte, wie z. B. als Bohrungen ausgebildete Ausnehmungen zur Befestigung von Elementen in Form von elektrischen Kontakten, sowie Verbindungs- und Sensorelementen, sind außerhalb dieses Bereiches gelegt, der sich allseitig unterhalb der Montagefläche 3 als pyramidenförmige Struktur ausbildet und sich zu den Rändern der Wärmesenke 1 mit bevorzugter 45°-Neigung der Seitenflächen der Pyramide aufweitet.
Von dieser Maßnahme sind insbesondere Bohrungen 6, 7 zur Befestigung der Wärmesenke 1 auf einer nicht dargestellten kühlenden Grundplatte und ein Paar von Sackbohrungen 8, 9 zur Aufnahme von Temperatursensoren betroffen, die in den 3 und 4 mit 10 und 11 bezeichnet sind. Letztere sind dem Wärmespreizbereich besonders dicht benachbart, um die Temperaturmessung auf den Nahbereich des Diodenlaserbarrens 2 zu konzentrieren. Auf diese Weise kann ein Regelkreis, der hier nicht dargestellt ist, mit zutreffenden Messwerten für eine effektive Regelung versorgt werden.
Die Temperatursensoren 10 und 11 liefern als Messwert primär einen analogen Spannungswert, der z. B. auf einer Widerstandsmessung beruhen kann. Da lange Wege von den Temperatursensoren 10 und 11 zu einer Auswerteelektronik das Messergebnis verfälschen können, bietet das erfindungsgemäße Diodenlaserbauelement die Möglichkeit, die Auswerteelektronik mit aufzunehmen. In gestrichelter Weise soll das in 4 verdeutlicht werden, indem das Abdeckelement 14 als Träger für eine elektronische Auswerteeinrichtung AE zur Messwerterfassung, Messwertumwandlung und gegebenenfalls auch zur Messwertspeicherung ausgebildet ist.
In einer anderen Ausführung ist es auch möglich, die Auswerteeinrichtung AE zusammen mit den Temperatursensoren 10 und 11 an der Wärmesenke 1 zu befestigen.
Ebenfalls außerhalb des Bereiches zur Wärmespreizung sind weitere Bohrungen 12, 13 als Gewindebohrungen in den Kupferblock zur Befestigung eines Abdeckelementes 14 eingearbeitet.
Soll mit der erfindungsgemäßen Wärmesenke ein potentialfreier Aufbau realisiert werden, ist die Verbindung zu der nicht dargestellten Grundplatte elektrisch isolierend auszubilden, was z. B. mit einer elektrisch nicht leitfähigen Grundflächenbeschichtung der Wärmesenke 1 erfolgen kann. Der Stromzufuhr dient dann eine Gewindebohrung 15, über die durch eine Schraubverbindung ein Polschuh eines Netzkabels befestigt werden kann. Die Gewindebohrung 15 ist auf der zur Emissionsrichtung E abgewandten Seite des Diodenlaserbarrens 2 außermittig und benachbart zu einer der Bohrungen 12, 13, hier die Bohrung 12, in die Wärmesenke 1 eingearbeitet. Der Kompaktheit eines mit der Wärmesenke 1 hergestellten Diodenlaserbauelementes ist es dienlich, wenn sich die Wärmesenke 1 nur auf der Hälfte, in der sich die Gewindebohrung 15 befindet, über eine der Bohrungen 12 oder 13 in einer Richtung entgegengesetzt zur Emissionsrichtung E hinaus ausdehnt.
In einer anderen Ausführung (2) kann dem Diodenlaserbarren 2 in einfacher Weise eine Kollimationsoptik im Strahlengang ohne besondere Anpassungsmaßnahmen vorgeordnet werden. Zu diesem Zweck weist der Vorsprung zwischen der Montagefläche 3 und der Schräge 5 eine Stufe 16 mit einer parallel zur Montagefläche 3 verlaufenden Aufnahmefläche 17 auf, wobei die Höhe der Stufe 16 dem Ausmaß der Kollimationsoptik angepasst ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht diese Höhe dem halben Linsendurchmesser der nicht dargestellten Kollimationsoptik.
Die Diodenlaserbauelemente in den 3 und 4 verwenden jeweils eine der Wärmesenken nach den 1 bzw. 2.
Das elektrisch leitend ausgebildete Abdeckelement 14 für den Diodenlaserbarren 2 weist in ähnlicher Weise wie die Wärmesenke 1 eine entgegengesetzt zur Lage des Diodenlaserbarrens 2 außermittig angeordnete Gewindebohrung 18 als Schraubanschluss für ein Netzkabel auf. Der Durchmesser der Gewindebohrung 18 ist gegenüber dem der Gewindebohrung 15 zum Schutz vor Verwechslungen kleiner ausgelegt. Passend zu den Gewindebohrungen 12 und 13 sind in das Abdeckelement 14 Bohrungen 19, 20 eingearbeitet, durch die Befestigungsschrauben 21, 22 zum Verbinden der Wärmesenke 1 mit dem Abdeckelement 14 hindurchführbar sind. Isolationshülsen 23, 24 verhindern eine elektrische Kontaktierung der verbundenen Bauelemente.
Auch das Abdeckelement 14 dehnt sich nur auf der Hälfte, in der sich die Gewindebohrung 18 befindet, über eine der Bohrungen 19 oder 20 in einer Richtung entgegengesetzt zum Diodenlaserbarren 2 hinaus aus. Der thermisch relevante Bereich behält jedoch seinen symmetrischen Aufbau. Da die Grund- und die Deckfläche 25, 26 des Abdeckelementes 14 durch ihre Gestaltung als Verbindungsflächen zu der Wärmesenke 1 geeignet sind, kann das Diodenlaserbauelement an unterschiedliche Einsatzzwecke durch die Wahl der Verbindungsfläche angepasst werden.
An den p-seitig auf der Montagefläche aufgelöteten Diodenlaserbarren 2 ist n-seitig ein elektrisch leitendes Plättchen 27 befestigt, das zur Zugentlastung mit einem Isolationsplättchen 28 verbunden ist und über ein oberes Zwischenplättchen 29 mechanisch entkoppelt mit dem Abdeckelement 14 im elektrischen Kontakt steht. Das Isolationsplättchen 28 dient der elektrischen Trennung von Wärmesenke 1 und Abdeckelement 14.
Eine Kurzschlussschraube 30, für die eine Bohrung 31 und eine Gewindebohrung 32 zwischen die Bohrungen 19 und 20 bzw. 12 und 13 eingearbeitet ist, dient zum Schutz des Diodenlaserbarrens 2, solange das Diodenlaserbauelement nicht elektrisch angeschlossen ist und wird bei Inbetriebnahme entfernt.
Anstatt des vorzugsweise für die Wärmesenke zu verwendenden Kupfers können auch andere Materialien, wie z. B. Kupfer-Wolfram oder Kupfer-Molybdän eingesetzt werden, deren thermische Ausdehnungskoeffizienten dem von GaAs entsprechen können.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Diodenlaserbauelementes sieht die Einbringung eines Graphitkerns 33 in die Wärmesenke 1 im Bereich zur Wärmespreizung vor (2). Da Graphit in zwei Raumrichtungen eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die der von Diamant entspricht, führt eine geeignete Orientierung des Graphitkerns 33 zu einer zusätzlichen Vergrößerung des Wärmespreizbereiches in wenigstens einer Raumrichtung. Der Graphitkern 33 muss innerhalb der Wärmesenke 1 aufgrund seiner sehr geringen Festigkeit in dem übrigen Wärmesenkenmaterial gekapselt sein. Dadurch bleibt der in dieser Ausführung aus zwei Materialien bestehende Bereich zur Wärmespreizung stofflich geschlossen und ist in seiner Materialstruktur ebenso frei von Ausnehmungen wie bei der einheitlichen stofflichen Zusammensetzung. Die Anwesenheit von Ausnehmungen im Bereich zur Wärmespreizung wäre in diesem Fall sogar besonders störend für die Wärmespreizung. Ein die Montagefläche 3 an allen Rändern umgebender stofflich geschlossener Bereich erweist sich im besonderen Maße vorteilhaft für die Kapselung, da der Graphitkern 33 auf diese Weise vollständig unterhalb der Montagefläche 3 platziert werden kann. Aus diesem Grund überschreitet der in 2 in dem Bereich zur Wärmespreizung gekapselte Graphitkern 33 mit seiner Dicke auch nicht das Dickenmaß der Wärmesenke 1 im Bereich des Vorsprunges 4, das hier durch den Abstand von der Grundfläche 34 bis zur Aufnahmefläche 17 bestimmt ist.
Eine zusätzlich verbesserte Wärmespreizung kann erreicht werden, wenn die Montagefläche 3 als metallisierte Oberfläche auf einem dielektrischen Substrat aufgebracht ist, dessen Wärmeleitfähigkeit die von metallischen Materialien übersteigt, wie z. B. transluzentes kubisches Bornitrid, einkristallines Siliziumkarbid oder CVD-Diamant. Das Substrat, das durch eine stoffschlüssige Verbindung stofflicher Teil der Wärmesenke 1 ist und besonders in den 1, 2 und 4 als Erhebung unterhalb der Montagefläche 3 erkennbar ist, kann auch aus nebeneinander angeordneten Teilsubstraten bestehen und zur Verbesserung der Wärmespreizung in der Emissionsrichtung E auf den Vorsprung 4 ausgedehnt sein.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung für die Wärmesenke 1 ergibt sich durch eine Kombination des Graphitkerns 33 mit Kupfer-Wolfram oder Kupfer-Molybdän als übriges kapselndes Wärmesenkenmaterial sowie einem metallisierten dielektrischen Substrat in Form von einkristallinem Siliziumkarbid, da die Ausdehnungskoeffizienten des Siliziumkarbids und des übrigen Wärmesenkenmaterials dem aus GaAs bestehenden Diodenlaserbarren 2 ähnlich sind.

Claims

Diodenlaserbauelement mit einem Diodenlaserbarren auf einer Montagefläche einer passiv kühlenden Wärmesenke und einem Abdeckelement für den Diodenlaserbarren, wobei die Wärmesenke und das Abdeckelement elektrisch leitend ausgebildet sind und Ausnehmungen zur Elementbefestigung enthalten, die Wärmesenke einen die Montagefläche an allen Rändern umgebenden stofflich geschlossenen Bereich zur Wärmespreizung aufweist, außerhalb dessen die Ausnehmungen zur Elementbefestigung vorgesehen sind und wobei von den Ausnehmungen zur Elementbefestigung Bohrungen zur Aufnahme von elektrischen Kontakten auf der zur Emissionsrichtung abgewandten Seite des Diodenlaserbarrens außermittig in die Wärmesenke und das Abdeckelement eingearbeitet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (14) eine Grund- und eine Deckfläche (25, 26) aufweist, die beide als Verbindungsflächen zu der Wärmesenke (1) ausgebildet sind, so dass in Abhängigkeit von der Wahl der Verbindungsfläche entweder die außermittig in die Wärmesenke (1) und das Abdeckelement (14) eingearbeiteten Bohrungen (15, 18) zur Aufnahme von elektrischen Kontakten in einer Richtung senkrecht zur Emissionsrichtung des Diodenlaserbarrens (2) nebeneinander oder koaxial übereinander liegen.
Diodenlaserbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Montagefläche (3) in Emissionsrichtung des Diodenlaserbarrens (2) vorgelagerter Teil (4) der Wärmesenke (1) eine Schräge (5) aufweist, deren Neigungswinkel dem Abstrahlwinkel des Diodenlaserbarrens (2) für eine ungehinderte Strahlausbreitung angepasst ist.
Diodenlaserbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (1) zwischen der Montagefläche (3) und der Schräge (5) eine Stufe (16) mit einer parallel zur Montagefläche (3) verlaufenden Aufnahmefläche (17) für optische Abbildungselemente enthält.
Diodenlaserbauelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Montagefläche (3) in einer Richtung senkrecht zur Emissionsrichtung des Diodenlaserbarrens (2) mindestens an einer Seite eine Bohrung (8, 9) zur Aufnahme eines Temperatursensors (10, 11) an den Bereich zur Wärmespreizung angrenzend benachbart ist.
Diodenlaserbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Paar von Bohrungen (8, 9), die zur Aufnahme von Temperatursensoren (10, 11) dienen, jeweils eine Bohrung der Montagefläche (3) in einer Richtung senkrecht zur Emissionsrichtung des Diodenlaserbarrens (2) an den Bereich zur Wärmespreizung angrenzend benachbart ist.
Diodenlaserbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände der Bohrungen (8, 9) zur Aufnahme von Temperatursensoren (10, 11) von der Montagefläche (3) gleich groß sind.
Diodenlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (15, 18) zur Aufnahme von elektrischen Kontakten als Gewindebohrungen mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet sind.
Diodenlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (1) an ihrer Unterseite eine elektrisch isolierende Schicht aufweist.
Diodenlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (1) und das Abdeckelement (14) miteinander elektrisch kurzschließbar sind.
Diodenlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der stofflich geschlossene Bereich zur Wärmespreizung aus einem einheitlichen Material besteht.
Diodenlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der stofflich geschlossene Bereich zur Wärmespreizung aus verschiedenen Materialien besteht.
Diodenlaserbauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der stofflich geschlossene Bereich zur Wärmespreizung wenigstens einen Graphitkern (33) enthält, der durch ein anderes Wärmesenkenmaterial gekapselt ist.
Diodenlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagefläche (3) auf einem, als stofflicher Teil der Wärmesenke (1) vorgesehenen metallisierten Substrat aufgebracht ist, dessen Wärmeleitfähigkeit die von Metallen übersteigt.
Diodenlaserbauelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus nebeneinander angeordneten Teilsubstraten besteht.
Diodenlaserbauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als anderes Wärmesenkenmaterial Kupfer-Wolfram oder Kupfer-Molybdän in Verbindung mit dem gekapselten Graphitkern (33) verwendet wird, und dass die Montagefläche (3) auf einem, als stofflicher Teil der Wärmesenke (1) vorgesehenen metallisierten Substrat aus einkristallinem Siliziumkarbid aufgebracht ist.
Diodenlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (14) als Träger für eine elektronische Auswerteeinrichtung (AE) zur Messwerterfassung, Messwertumwandlung und gegebenenfalls auch zur Messwertspeicherung dient.
Diodenlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (1) als Träger für eine elektronische Auswerteeinrichtung (AE) zur Messwerterfassung, Messwertumwandlung und gegebenenfalls auch zur Messwertspeicherung dient.