DE102007009380A1 - Diode laser stack, comprises multiple laser-bar chips, which are arranged one above other and have multiple emission zones, which are arranged parallel to each other - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Halbleiter-Impuls-Diodenlaser in Stack-Anordnung und ein Verfahren zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung, insbesondere betrifft die Erfindung einen Diodenlaser, der durch seine kompakte Bauweise eine einfache Einkoppelung der emittierten Laserstrahlung in eine Multimodefaser ermöglicht.The The invention relates to a semiconductor pulse diode laser in a stacked arrangement and a method of generating pulsed laser radiation, in particular The invention relates to a diode laser, characterized by its compact Construction a simple coupling of the emitted laser radiation into a multimode fiber.
Bekannt sind Laserdioden in Form sogenannter Laserbarren mit aktiven strahlungserzeugenden Schichten, die quer zur Emissionsrichtung in eine Mehrzahl paralleler, streifenförmiger Emissionsrichtungen unterteilt sind. Derartige Laserdioden werden üblicherweise mit den Kontaktflächen der einzelnen Emissionszonen so auf einen Kühler gelötet, dass die einzelnen streifenförmigen Emissionszonen elektrisch parallel geschaltet sind. Durch die parallele Anordnung der Emissionszonen kann gegenüber einer Laserdiode mit einer einzigen Emissionszone eine höhere optische Leistung erzielt werden, so dass sich derartige Laserbarren insbesondere für Hochleistungsanwendungen eignen.Known are laser diodes in the form of so-called laser bars with active radiation-generating Layers that are parallel to the emission direction in a plurality of parallel, strip-shaped Emission directions are divided. Such laser diodes are usually with the contact surfaces the individual emission zones are soldered to a cooler so that the individual strip-shaped emission zones electrically are connected in parallel. Due to the parallel arrangement of the emission zones can be opposite a laser diode with a single emission zone a higher optical Achieved performance, so that such laser bars in particular for high performance applications suitable.
Bei Hochleistungslaserdioden kommt der Kühlung eine besondere Bedeutung zu. Ohne eine ausreichende Kühlung würde die entstehende Verlustwärme zu einem starken Temperaturanstieg führen, so dass der Halbleiterkörper innerhalb kürzester Zeit thermisch überlastet und dadurch in der Folge zerstört würde. Zur Kühlung kann der Halbleiterkörper der Laserdiode beispielsweise auf eine Metallplatte mit ausreichender Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit montiert sein.at High-power laser diodes are of particular importance for cooling to. Without adequate cooling would the resulting heat loss lead to a sharp increase in temperature, so that the semiconductor body within shortest time thermally overloaded and thereby destroyed in the episode would. For cooling can the semiconductor body the laser diode, for example, on a metal plate with sufficient Heat capacity and thermal conductivity be mounted.
Zur Erzielung noch höherer optischer Leistungen können derartige Laserbarren vertikal übereinandergestapelt werden (sog. Laserstack).to Achieving even higher optical services can such laser bars stacked vertically become (so-called laser stack).
Zur Erzielung noch höherer optischer Leistungen, die auf einfache Weise in eine Multimodefaser eingekoppelt werden können, kann die Laserstrahlung von zwei oder mehr Diodenlaserstacks durch Umlenkspiegel oder -Prismen kombiniert werden, ohne dass die Strahleigenschaften der kombinierten Laserstrahlung gegenüber der Laserstrahlung eines einzelnen Diodenlaserstacks deutlich verschlechtert werden, unter der Voraussetzung, dass die vertikale Ausdehnung der Laserstrahlung der einzelnen Laserbarren-Chips nach der Kollimation kleiner als die Hälfte des vertikalen Abstandes benachbarter Laserbarren-Chips ist.to Achieving even higher optical power, which in a simple way in a multimode fiber can be coupled can laser radiation from two or more diode laser stacks through Deflection mirrors or prisms can be combined without the jet characteristics the combined laser radiation with respect to the laser radiation of a individual diode laser stacks are significantly deteriorated, under the condition that the vertical extent of the laser radiation of the individual laser bar chips after collimation less than the half the vertical distance of adjacent laser bar chips.
Eine Möglichkeit besteht darin, für jeden Laserbarren des Stapels eine eigene (Mikrokanal-)Kühlung vorzusehen. Eine solche Vorrichtung erfordert jedoch einen vergleichsweise hohen Material- und Herstellungsaufwand, da jeder Halbleiterkörper zunächst auf das jeweilige Kühlelement gelötet und diese danach samt darauf befestigtem Halbleiterkörper übereinandergestapelt werden. Jeder dieser Montageschritte ist mit hoher Präzision auszuführen, um eine exakte Ausrichtung aller Emissionszonen aufeinander sicherzustellen, um den Fluss der Kühlflüssigkeit durch alle Ebenen des Stapels sicherzustellen und auch die elektrische Kontaktierung der Laserbarren zu gewährleisten. Insbesondere für Pumpanwendungen mit hohen Leistungen ist eine möglichst gute Fokussierbarkeit der erzeugten Strahlung essentiell. Dies kann bei der großen lateralen Apertur der Laserbarren nur durch aufwendige Optiken erreicht werden, die wiederum zu erhöhten Kosten führen.A possibility is in, for to provide each laser bar of the stack with its own (microchannel) cooling. However, such a device requires a comparatively high Material and manufacturing costs, since each semiconductor body initially on the respective cooling element soldered and then stacked together with the semiconductor body mounted thereon become. Each of these assembly steps has to be carried out with high precision ensure exact alignment of all emission zones around the flow of coolant ensure through all levels of the stack and also the electrical Contacting the laser bars to ensure. Especially for pumping applications with high performances is one possible good focusability of the generated radiation essential. This can at the big one lateral aperture of the laser bar achieved only by consuming optics which, in turn, increased too Costs lead.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die einzelnen Emissionszonen derart stark voneinander zu beabstanden, dass während des Laserbetriebs eine relativ geringe Wärmemenge pro Fläche entsteht, die allein aufgrund der Wärmeleitung zu seitlich oder hinter den Laserbarren angeordneten Kühlelementen geleitet werden kann. Ein relativ großer Abstand zwischen den Emissionszonen eines Laserbarrens führt jedoch zu einer noch größeren lateralen Apertur und damit zu noch höherem Aufwand, die vom Laserstack emittierte Strahlung zu fokussieren bzw. in eine Multimode-Lichtleitfaser einzukoppeln.A another possibility consists of the individual emission zones so strongly from each other spaced that during the laser operation produces a relatively small amount of heat per area, that alone due to the heat conduction to the side or behind the laser bars arranged cooling elements can be directed. A relatively large distance between the emission zones a laser bar leads however, to an even larger lateral aperture and therefore even higher Effort to focus the radiation emitted by the laser stack or to couple into a multimode optical fiber.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die im Stand der Technik bekannten Hochleistungsdiodenlaser (Laserstacks) zwar eine kompakte Bauweise, jedoch nachteilhafterweise einen hohen gerätetechnischen Aufwand für die aktive Kühlung (zwischen den einzelnen Barren) und eine schlechte Fokussierbarkeit der emittierten Strahlung in eine Lichtleitfaser aufweisen.In summary let yourself note that the high power diode lasers known in the art (Laser stacks), although a compact design, but disadvantageously a high level of technical equipment Effort for the active cooling (between the individual billets) and poor focusability of the emitted Have radiation in an optical fiber.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für den Fall eines qcw-Betriebes (quasi continuous wave – Impulsbetrieb mit Tastverhältnissen von 0,1% bis 30%) einen kompakten, vorzugsweise komplett hartgelöteten Hochleistungs-Diodenlaserstack mit einem geringen gerätetechnischen Aufwand für die Kühlung bereitzustellen, der die genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet und optional die Kombination der Laserstrahlung zweier oder mehrerer Diodenlaserstacks mit Umlenkspiegeln ermöglicht.It is therefore an object of the present invention, in the case of a qcw operation (quasi continuous wave - pulsed operation with duty factors of 0.1% to 30%) a compact, preferably completely brazed high-power diode laser stack with a low level of technical equipment Effort for the cooling which overcomes the aforementioned disadvantages of the prior art and Optionally the combination of the laser radiation of two or more Diode laser stacks with deflecting mirrors allows.
Dies ist beim qcw-Betrieb deshalb möglich, weil trotz der hohen optischen Ausgangsleistung während der Impulse die anfallende mittlere Verlustwärme um den Faktor des Tastverhältnisses geringer ist.This is possible in qcw operation because despite the high optical output power during the pulses the accumulating average heat loss by the factor of the duty cycle is lower.
Insbesondere soll deshalb auf eine aktive Kühlung (z. B. durch Mikrokanalkühler) zwischen den einzelnen Laser-Barren verzichtet werden können und eine aktive Kühlung z. B. durch einen seitlich oder hinten angeordneten Kühler genügen. Außerdem werden für den qcw-Betrieb optimierte Laserbarren eingesetzt, die durch einen geringeren Abstand zwischen den einzelnen Emissionszonen (= höhere „Belegungsdichte") bei gleicher optischer Leistung eine bis zu ca. 3 mal kleinere laterale Apertur aufweisen. Damit kann die Einkoppelung der emittierten Strahlung in eine Multimodefaser mit einer einfachen und kostengünstigen abbildenden Optik erfolgen.In particular, it should therefore be possible to dispense with active cooling (for example through microchannel coolers) between the individual laser bars and active cooling for example. B. suffice by a laterally or rear-mounted radiator. In addition, for the qcw operation optimized laser As a result of the smaller distance between the individual emission zones (= higher "coverage density"), the lateral aperture can be up to about 3 times smaller with the same optical power, making it possible to couple the emitted radiation into a multimode fiber with a simple and cost-effective imaged optics.
Darüber hinaus soll in einer optionalen Variante der vertikale Abstand der Laserbarren-Chips und die vertikale Kollimation der Laserstrahlung eines jeden Laserbarren-Chips so ausgeführt werden, dass eine Vereinigung der Laserstrahlung von zwei oder mehr Diodenlaserstacks durch Umlenkspiegel oder -Prismen ohne merkbare Verschlechterung der Strahleigenschaften und damit weiterhin eine Einkoppelung der emittierten Strahlung in eine Multimodefaser mit einer einfachen und kostengünstigen abbildenden Optik möglich ist.Furthermore is intended in an optional variant of the vertical spacing of the laser bar chips and the vertical collimation of the laser radiation of each laser bar chip so executed be that a union of laser radiation of two or more Diode laser stacks by deflecting mirror or prisms without noticeable Deterioration of the beam properties and thus further coupling the emitted radiation into a multi-mode fiber with a simple and cost-effective imaging optics possible is.
Diese Aufgaben werden durch einen Diodenlaser mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen und durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 26 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These Tasks are performed by a diode laser with the in claim 1 features and by a method with the in claim 26 mentioned features solved. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Der erfindungsgemäße Diodenlaser weist eine Vielzahl von übereinander angeordneten Laserbarren-Chips auf, wobei jeder Laserbarren-Chip eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Emissionszonen aufweist, und wobei die Breite der Emissionszonen jeweils zwischen 25 μm und 400 μm und der Abstand zwischen den Emissionszonen jeweils zwischen 50 μm und 200 μm (bevorzugt zwischen 50 μm und 150 μm und besonders bevorzugt zwischen 50 μm und 100 μm) beträgt, und die Laserbarren-Chips mit einem Mittel zur periodischen Anregung der Emissionszonen mit einem Tastverhältnis von kleiner als oder gleich 30% (und vorzugsweise größer 0,1%) verbunden sind. Als Tastverhältnis wird das Verhältnis der Länge des angeregten Zustands (Impulsdauer) zur Periodendauer verstanden. Die Idee der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, den Diodenlaser (bzw. die Emissionszonen) nicht kontinuierlich (cw-Betrieb), sondern periodisch (qcw-Betrieb anzuregen. Da bei einer periodischen (gepulsten) Anregung weniger Wärme produziert wird, kann einerseits auf eine aufwändige (Mikrokanal-)Kühlung zwischen den Laserbarren-Chips verzichtet werden und es ist andererseits möglich, die einzelnen Emissionszonen eines Laserbarren-Chips derart dicht nebeneinander anzuordnen, dass die Vielzahl von Emissionszonen eines Laserbarren-Chips eine geringe laterale Ausdehnung (Apertur) aufweist. Daher ist es möglich, die emittierte Laserstrahlung mit einfachen optischen Mitteln, beispielsweise je einer Zylinderlinse pro Laserbarren (fast-axis-collimator – FAC) und einer dahinter angeordneten abbildenden Optik für alle Laserbarren in eine Lichtleitfaser einzukoppeln. Für die optionale Variante der Kombination der Strahlungsfelder zweier oder mehrerer Diodenlaserstacks werden der vertikale Abstand der Laserbarren-Chips und die Brennweite der FAC-Zylinderlinse derart gewählt, dass die vertikale Ausdehnung der Strahlungsfelder nach der Kollimierung kleiner oder gleich dem halben vertikalen Abstand der Laserbarren-Chips beträgt, so dass die Strahlungsfelder verlustfrei durch Umlenkspiegel oder -Prismen kombiniert werden können.Of the Diode laser according to the invention has a variety of superimposed arranged on laser bar chips, each laser bar chip a plurality of emission zones arranged parallel to one another and wherein the width of the emission zones respectively between 25 μm and 400 microns and the Distance between the emission zones in each case between 50 .mu.m and 200 .mu.m (preferred between 50 μm and 150 μm and more preferably between 50 μm and 100 μm), and the laser bar chips with a means for periodic excitation of the emission zones with a duty cycle of less than or equal to 30% (and preferably greater than 0.1%). When duty cycle will the ratio the length the excited state (pulse duration) to the period understood. The idea of the present invention is therefore the diode laser (or the emission zones) not continuously (cw-operation), but periodic (qcw operation to stimulate. Because with a periodic (pulsed) excitation less Heat is produced, On the one hand, on a complex (Microchannel) Cooling between the laser bar chips are dispensed and it is on the other hand possible, the individual emission zones of a laser bar chips are so dense to arrange next to each other that the plurality of emission zones of a Laser bar chips has a small lateral extent (aperture). Therefore, it is possible the emitted laser radiation with simple optical means, for example one cylindrical lens per laser bar (fast-axis-collimator - FAC) and an arranged behind it imaging optics for all laser bars in one Coupling optical fiber. For the optional variant of combining the radiation fields of two or more diode laser stacks, the vertical distance of the Laser bar chips and the focal length of the FAC cylindrical lens such selected that the vertical extent of the radiation fields after collimation less than or equal to half the vertical spacing of the laser bar chips is, so that the radiation fields lossless through deflecting mirrors or Prisms can be combined.
Vorzugsweise sind die Laserbarren-Chips mit einem Treiber zur periodischen Anregung der Emissionszonen mit einem Tastverhältnis von kleiner als oder gleich 30% (bevorzugter kleiner gleich 20%, noch bevorzugter kleiner gleich 15%) verbunden. Vorzugsweise beträgt die Breite der Emissionszonen jeweils zwischen 25 μm und 400 μm und der Abstand zwischen den Emissionszonen jeweils zwischen 50 μm und 200 μm.Preferably are the laser bar chips with a driver for periodic excitation the emission zones with a duty cycle of less than or equal to 30% (more preferably less than or equal to 20%, more preferably less equal to 15%). Preferably, the width of the emission zones is in each case between 25 μm and 400 μm and the distance between the emission zones is between 50 μm and 200 μm in each case.
Vorzugsweise weist der Diodenlaser mindestens 3 (besonders bevorzugt zwischen 10 und 20) übereinander angeordnete Laserbarren-Chips auf. Vorzugsweise weist jeder Laserbarren-Chip mindestens 3 (besonders bevorzugt zwischen 3 und 25) Emissionszonen auf. Die Emissionszonen sind vorzugsweise länglich ausgebildet, wobei die Längsachsen der Emissionszonen parallel zur Lichtabstrahlrichtung angeordnet sind. Vorzugsweise ist jeder Laserbarren-Chip auf einem als Träger dienenden Stackelement angeordnet. Vorzugsweise ist jeder Laserbarren-Chip über ein Lot (besonders bevorzugt über ein Hartlot) mit dem als Träger dienenden Stackelement verbunden. Als Hartlot im Sinne der Anmeldung wird eine Lötverbindung verstanden, die mit einer Liquidus-Temperatur von mehr als 250°C und von bis zu maximal 900°C hergestellt worden ist. Vorzugsweise sind die Funktionsschichten (Emissionszonen) aus dem Materialsystem In-Ga-Al-As-P ausgebildet.Preferably the diode laser has at least 3 (more preferably between 10 and 20) one above the other arranged laser bar chips on. Preferably, each laser bar chip at least 3 (more preferably between 3 and 25) emission zones on. The emission zones are preferably elongated, wherein the longitudinal axes the emission zones arranged parallel to the light emission direction are. Preferably, each laser bar chip is on a carrier Stack element arranged. Preferably, each laser bar chip is on Lot (particularly preferably via a Brazing alloy) with the carrier connected stacking element connected. As Hartlot in the sense of the application is a solder joint understood that with a liquidus temperature of more than 250 ° C and of up to a maximum of 900 ° C has been produced. Preferably, the functional layers (Emission zones) formed from the material system In-Ga-Al-As-P.
Vorzugsweise weist jedes Stackelement eine Optik zur vertikalen Kollimierung des von den Emissionszonen des Laserbarren-Chips emittierten Lichts auf. Die kollimierende Optik ist vorzugsweise durch eine Zylinderlinse ausgebildet.Preferably Each stack element has optics for vertical collimation of the light emitted by the emission zones of the laser bar chip. The collimating optic is preferably by a cylindrical lens educated.
Vorzugsweise wird für die optionale Variante der Kombination der Strahlungsfelder von zwei oder mehr Diodenlaserstacks die Brennweite der Zylinderlinse so gewählt, dass die vertikale Ausdehnung des Strahlungsfeldes jedes Laserbarrenchips nach der Zylinderlinse gleich oder kleiner dem halben vertikalen Abstand benachbarter Laserbarrenchips beträgt, und die Strahlungsfelder der zwei oder mehreren Diodenlaserstacks durch Stapel von Umlenkspiegeln oder Umlenkprismen derart zusammengeführt werden können, dass sich die Strahleigenschaft des kombinierten Strahls im Vergleich zum Strahl der einzelnen Diodenlaserstacks nicht deutlich verschlechtert.Preferably, for the optional variant of combining the radiation fields of two or more diode laser stacks, the focal length of the cylindrical lens is selected such that the vertical extent of the radiation field of each laser bar chip after the cylindrical lens is equal to or less than half the vertical spacing of adjacent laser bar chips, and the radiation fields of the two or more a plurality of diode laser stacks can be brought together by stacks of deflecting mirrors or deflecting prisms so that the jet property of the combined beam compared to the beam of a individual diode laser stacks are not significantly impaired.
Vorzugsweise ist eine Multimode-Lichtleitfaser mit einer Eintrittsfacette vorgesehen, wobei eine abbildende Optik derart angeordnet ist, dass das von den Stackelementen emittierte Licht in die Eintrittsfacette der Multimode-Lichtleitfaser eingekoppelt wird. Der gerätetechnische Aufwand für die verwendete abbildende Optik kann erfindungsgemäß gering gehalten werden, da die Anforderungen aufgrund der geringen Abstände der einzelnen Emissionszonen (und daher der geringen lateralen Apertur eines Barrens) und der niedrigen lateralen Divergenz geringer als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen sind. Vorzugsweise weisen die Stackelemente (Träger) einen Wärmeleitkoeffizient von mindestens 150 W/m·K auf.Preferably a multimode optical fiber with an entrance facet is provided, wherein an imaging optic is arranged such that the of the Stack elements emitted light in the entrance facet of the multimode optical fiber is coupled. The technical equipment Effort for The imaging optics used can according to the invention be low be held because the requirements due to the small distances of the individual emission zones (and therefore the small lateral aperture a bar) and the low lateral divergence lower than in the devices known from the prior art. The stack elements (supports) preferably have a heat conduction coefficient of at least 150 W / m · K on.
Vorzugsweise ist mindestens ein (besonders bevorzugt: kühlmitteldurchflossenes) Kühlelement vorgesehen, wobei mindestens zwei der Stackelemente mit dem mindestens einen Kühlelement verbunden sind. Vorzugsweise ist an jeder der Seitenflächen der Stackelemente ein gemeinsames Kühlelement vorgesehen, wobei alle Stackelemente mit den zwei gemeinsamen Kühlelementen verbunden sind. Alternativ ist es vorgesehen, dass an der Rückseite der Stackelemente ein gemeinsames Kühlelement vorgesehen ist, wobei alle Stackelemente mit dem gemeinsamen Kühlelement verbunden sind.Preferably at least one (particularly preferably: coolant-flowing) cooling element is provided, wherein at least two of the stack elements with the at least one cooling element are connected. Preferably, at each of the side surfaces of Stack elements a common cooling element provided, with all the stack elements with the two common cooling elements are connected. Alternatively, it is envisaged that at the back of the Stack elements provided a common cooling element is, with all the stack elements with the common cooling element are connected.
Vorzugsweise ist zwischen benachbarten Stackelementen eine Isolator- und Kontaktplatte angeordnet. Vorzugsweise sind die Stackelemente über ein Lot mit dem mindestens einen Kühlelement verbunden. Vorzugsweise ist das Lot ein Hartlot. Vorzugsweise steht jeder Laserbarren-Chip über mindestens ein massiv ausgebildetes Stackelement mit dem mindestens einen Kühlelement thermisch in Verbindung.Preferably is an insulator and contact plate between adjacent stack elements arranged. Preferably, the stack elements via a solder with the at least a cooling element connected. Preferably, the solder is a braze. Preferably stands every laser bar chip over at least one solid trained stack element with the at least a cooling element thermally in contact.
Vorzugsweise unterscheidet sich der thermische Ausdehnungskoeffizient der Stackelemente vom thermischen Ausdehnungskoeffizient des damit in Kontakt stehenden mindestens einen Kühlelements um weniger als 20%, und/oder unterscheidet sich der thermische Ausdehnungskoeffizient der Stackelemente vom thermischen Ausdehnungskoeffizient des damit in Kontakt stehenden Laserbarren-Chips um weniger als 20%, und/oder unterscheidet sich der thermische Ausdehnungskoeffizient der Stackelemente vom thermischen Ausdehnungskoeffizient der damit in Kontakt stehenden Isolator- und Kontaktplatte um weniger als 20%.Preferably differs the thermal expansion coefficient of the stack elements of coefficient of thermal expansion of the thus in contact at least one cooling element by less than 20%, and / or the thermal expansion coefficient differs the stack elements of the thermal expansion coefficient of it in contact with laser bar chips by less than 20%, and / or the thermal expansion coefficient differs the stack elements of the thermal expansion coefficient of it in contact with insulator and contact plate by less than 20%.
Bevorzugte Materialien für den Laserbarren-Chip sind ein GaAs-Halbleitersubstrat und Funktionsschichten aus dem Materialsystem In-Ga-Al-As-P. Das Stackelement: ist vorzugsweise aus CuW, CuMo oder BeO ausgebildet. Die Isolator- und Kontaktplatte ist vorzugsweise aus Al2O3 ausgebildet. Das elastische Verbindungselement ist vorzugsweise aus Au, Al Draht, -Bändchen oder -Folie ausgebildet.Preferred materials for the laser bar chip are a GaAs semiconductor substrate and functional layers of the material system In-Ga-Al-As-P. The stack element: is preferably made of CuW, CuMo or BeO. The insulator and contact plate is preferably formed of Al 2 O 3 . The elastic connecting element is preferably formed of Au, Al wire, ribbon or foil.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung mit einem oder mehreren Diodenlaserstacks, von denen jeder eine Vielzahl von übereinander angeordneten Laserbarren-Chips aufweist, wobei jeder Laserbarren-Chip eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Emissionszonen aufweist, und wobei die Breite der Emissionszonen jeweils zwischen 25 μm und 400 μm und der Abstand zwischen den Emissionszonen jeweils zwischen 50 μm und 200 μm beträgt ist dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionszonen der Laserbarren-Chips mit einem Tastverhältnis von kleiner als oder gleich 30% zur Emission angeregt werden.The inventive method for generating laser radiation with one or more diode laser stacks, each of which has a plurality of superimposed laser bar chips, wherein each laser bar chip has a plurality of parallel to each other arranged emission zones, and wherein the width of the emission zones each between 25 microns and 400 μm and the distance between the emission zones is between 50 μm and 200 μm in each case characterized in that the emission zones of the laser bar chips with a duty cycle be excited by less than or equal to 30% to the emission.
Vorzugsweise werden die Emissionszonen der Laserbarren-Chips mit einem Tastverhältnis von kleiner als oder gleich 20% (noch bevorzugter kleiner gleich 15%) zur Emission angeregt. Die Anregung erfolgt vorzugsweise durch Anlegen eines elektrischen Stroms mit einer Stromstärke zwischen 50 A und 300 A (bevorzugt zwischen 100A...200A) wobei die Strompulsdauer zwischen 1 μs und 500 ms (bevorzugt zwischen 10 μs und 50 ms) liegt.Preferably become the emission zones of the laser bar chips with a duty ratio of smaller than or equal to 20% (more preferably less than or equal to 15%) to emission stimulated. The excitation is preferably carried out by applying a Electric current with a current between 50 A and 300 A. (preferably between 100A ... 200A) where the current pulse duration is between 1 μs and 500 ms (preferably between 10 μs and 50 ms).
Vorzugsweise wird die von den Laserbarren-Chips emittierte Strahlung jeweils vertikal kollimiert und nachfolgend auf die Eintrittsfacette einer Multimodefaser abgebildet und in diese eingekoppelt. Vorzugsweise wird zur vertikalen Kollimierung eine Zylinderlinse und zur Einkopplung eine abbildende Optik verwendet. Für die optionale Kombination der Laserstrahlung zweier oder mehrerer Diodenlaserstacks wird die Brennweite der Zylinderlinse vorzugsweise so gewählt, dass die vertikale Ausdehnung der Laserstrahlung kleiner ist als der halbe vertikale Abstand benachbarter Laserbarren-Chips, und die Laserstrahlung der Diodenlaserstacks wird vorzugsweise durch Stapel aus Umlenkspiegeln oder Umlenkprismen oder entsprechenden Einzelelementen zusammengeführt.Preferably becomes the radiation emitted by the laser bar chips each vertically collimated and subsequently onto the entrance facet of a multimode fiber imaged and coupled into this. Preferably becomes the vertical Collimating a cylindrical lens and for coupling an imaging Optics used. For the optional combination of the laser radiation of two or more Diode laser stacks, the focal length of the cylindrical lens is preferably chosen so that the vertical extent of the laser radiation is smaller than half the vertical spacing of adjacent laser bar chips, and the Laser radiation of the diode laser stacks is preferably by stacks from deflecting mirrors or deflecting prisms or corresponding individual elements merged.
Als abbildende Optik wird vorzugsweise eine (asphärische) Einzellinse oder Zylinderlinsen (anstelle einer runden Linse sind zwei Zylinderlinsen notwendig) verwendet. Die in den Emissionszonen entstehende Wärme wird vorzugsweise passiv (d. h. durch Wärmeleitung) über die Seitenflächen und/oder über die Rückseite der Stackelemente abgeführt.When imaging optics is preferably an (aspheric) Einzellinse or cylindrical lenses (instead of a round lens two cylindrical lenses are necessary) used. The heat generated in the emission zones becomes preferably passively (i.e., by heat conduction) over the Side surfaces and / or over the back the stack elements removed.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert.The Invention will be described below with reference to embodiments and the accompanying drawings explained in more detail.
Es zeigen:It demonstrate:
Der
Aufbau des erfindungsgemäßen Diodenlaserstacks
ist in
In
beiden möglichen
in
Bei
der Aufbauvariante nach
Die Teile 1, 9 und 2 sind vorzugsweise mittels alterungsbeständiger Hartlötverbindungen miteinander gefügt. Bevorzugt verwendete Hartlotmaterialien sind eine Au/Sn-Legierung, eine Au/Ge-Legierung oder eine Au/Si-Legierung (besonders bevorzugt 80% Au/20% Sn-Legierung, 88% Au/12% Ge-Legierung oder 96,76% Au/3,24% Si-Legierung).The Parts 1, 9 and 2 are preferably by means of age resistant braze joints joined together. Preferably used brazing materials are an Au / Sn alloy, an Au / Ge alloy or an Au / Si alloy (particularly preferably 80% Au / 20% Sn alloy, 88% Au / 12% Ge alloy or 96.76% Au / 3.24% Si alloy).
- 11
- Laserbarren-Chip/LaserbarrenLaser bar chip / laser bars
- 22
- Stackelement/TrägerStack element / carrier
- 33
- Zylinderlinse (Fast-Axis-Collimator)cylindrical lens (Fast axis collimator)
- 44
- abbildende Optikimaging optics
- 55
- Lichtleitfaseroptical fiber
- 66
- Eintrittsfacetteentrance facet
- 77
- Einzelemitter/aktives Material/aktiver Bereich/EmissionszoneSingle emitter / active Material / active area / emission zone
- 88th
- aktiver Kühleractive cooler
- 99
- Isolator- und KontaktplatteInsulator- and contact plate
- 1010
- Elastische Verbindung (Bändchen, Draht; gelötet, geschweißt)elastic Connection (Ribbon, Wire; soldered, welded)
- 1111
- Umlenkspiegeldeflecting
- d1d1
- Abstand benachbarter Einzelemitterdistance adjacent single emitter
- d2d2
- Breite der Einzelemitterwidth the single emitter
- WW
- Breite des Lichtaustrittsgebietes/Aperturwidth of the light exit area / aperture
- PP
- vertikaler Abstand benachbarter Laserbarren-Chipsvertical Distance between adjacent laser bar chips
Claims (33)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102007009380A DE102007009380A1 (en) | 2007-02-21 | 2007-02-21 | Diode laser stack, comprises multiple laser-bar chips, which are arranged one above other and have multiple emission zones, which are arranged parallel to each other |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102007009380A DE102007009380A1 (en) | 2007-02-21 | 2007-02-21 | Diode laser stack, comprises multiple laser-bar chips, which are arranged one above other and have multiple emission zones, which are arranged parallel to each other |
Publications (1)
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Family
ID=39669944
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102007009380A Ceased DE102007009380A1 (en) | 2007-02-21 | 2007-02-21 | Diode laser stack, comprises multiple laser-bar chips, which are arranged one above other and have multiple emission zones, which are arranged parallel to each other |
Country Status (1)
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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2007
- 2007-02-21 DE DE102007009380A patent/DE102007009380A1/en not_active Ceased
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |