DE102018210136A1

DE102018210136A1 - Diodenlaseranordnung

Info

Publication number: DE102018210136A1
Application number: DE102018210136.1A
Authority: DE
Inventors: Stephan STROHMAIER; Arne-Heike Meißner-Schenk; Gerald Urban; Gerd Hansen; Christian Carstens
Original assignee: Trumpf Photonics Inc
Current assignee: Trumpf Photonics Inc
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2019-12-24
Also published as: TWI731348B; WO2019243324A1; TW202002438A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Diodenlaseranordnung (1), mit einer Diodenlasereinrichtung (3), und mindestens einer Wärmeabführeinrichtung (5,5',5"), wobei die Diodenlasereinrichtung (3) zumindest bereichsweise an der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung (5,5',5") angeordnet ist, wobei die Diodenlasereinrichtung (3) eingerichtet ist, um über eine Emissionsfläche (9) einen Laserstrahl zu emittieren, wobei die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung (5,5',5") eingerichtet ist, um Wärme von der Diodenlasereinrichtung (3) abzuführen. Dabei ist vorgesehen, dass die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung (5,5',5") zumindest an einer Vorderseite (13), welche auf derselben Seite der Diodenlaseranordnung (1) liegt wie die Emissionsfläche (9), mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt (15,15',15",15"',15"") aufweist, welcher bezüglich der Emissionsfläche (9) schräg ausgerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Diodenlaseranordnung.
Beim Betrieb einer Diodenlasereinrichtung mit einem oder mehreren Emittern insbesondere im Hochleistungsbereich, beispielsweise einem Hochleistungsdiodenlaserbarren, entsteht Verlustwärme, welche zum Erreichen einer hohen Ausgangsleistung bei gleichzeitig hoher Lebensdauer der Diodenlasereinrichtung und hoher Strahlqualität abgeführt werden muss. Typischerweise weist eine Diodenlaseranordnung mit einer derartigen Diodenlasereinrichtung daher eine Wärmeabführeinrichtung auf, welche mit der Diodenlasereinrichtung thermisch gekoppelt und zur Ableitung der Verlustwärme eingerichtet ist. Häufig weist eine derartige Wärmeabführeinrichtung einen Wärmespreizer und eine daran angeordnete Wärmesenke auf. Bekannte Wärmespreizer sind insbesondere eingerichtet, um Wärme einer Wärmequelle, beispielsweise der Diodenlasereinrichtung, homogen zu verteilen und/oder über eine kleinere Fläche aufzunehmen und auf eine größere Fläche zu übertragen, sodass eine Wärmeableitung verbessert wird. Derartige Wärmespreizer weisen dabei typischerweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen auf die Diodenlasereinrichtung abgestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. An der größeren der Diodenlasereinrichtung abgewandten Fläche des Wärmespreizers ist typischerweise die Wärmesenke angeordnet, mittels welcher die Wärme beispielsweise an eine Umgebung der Diodenlaseranordnung abführbar ist.
Wärmeabführeinrichtungen bekannter Bauart ragen seitlich über eine Grundfläche der Diodenlasereinrichtung hinaus, wodurch die Wärmeableitung verbessert werden kann. An einer Vorderseite der Wärmeabführeinrichtung, welche auf derselben Seite der Diodenlaseranordnung liegt wie eine Emissionsfläche der Diodenlasereinrichtung, über die ein Laserstrahl emittiert wird, ragt diese jedoch typischerweise nicht über die Grundfläche hinaus. Es besteht nämlich das Problem, dass der Laserstrahl durch eine über die Grundfläche hinaus ragende Wärmeabführeinrichtung zumindest teilweise abgeschirmt werden kann. Eine solche Abschirmung tritt insbesondere bei größeren Divergenzwinkeln des emittierten Laserstrahls auf. Neben einer Behinderung der Laserstrahlausbreitung kann durch die Abschirmung die Wärmeabführeinrichtung zusätzlich aufgeheizt werden. Hierdurch kann Material der Wärmeabführeinrichtung aufgedampft werden, welches sich an der Emissionsfläche ablagern kann, wodurch die Diodenlasereinrichtung beschädigt werden kann. Daher bilden meist aufeinander gestapelte Komponenten der Diodenlaseranordnung, beispielsweise eine Diodenlasereinrichtung, ein Wärmespreizer und eine Wärmesenke, auf einer Seite, an welcher der Laserstrahl emittiert wird, quasi einen Block. Oftmals wird auch ein geringer Überstand der Diodenlasereinrichtung bezüglich des Wärmespreizers und/oder der Wärmesenke realisiert, beispielsweise um eine Abschirmung des Laserstrahls durch eine auskragende Wulst einer Lötverbindung der Diodenlasereinrichtung mit dem Wärmespreizer beziehungsweise der Wärmesenke im Bereich der Emissionsfläche zu verhindern. Stirnflächen des Wärmespreizers und der Wärmesenke an der Vorderseite sind dabei im Wesentlichen senkrecht zu einer Abstrahlrichtung des Laserstrahls ausgebildet. Hierdurch wird aber eine Ableitung von Verlustwärme der Diodenlasereinrichtung insbesondere im Bereich der Emissionsfläche begrenzt, was beispielsweise eine maximale Ausgangsleistung der Diodenlasereinrichtung verringert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Diodenlaseranordnung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem der Gegenstand gemäß Anspruch 1 geschaffen wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Diodenlaseranordnung geschaffen wird, welche eine Diodenlasereinrichtung und mindestens eine Wärmeabführeinrichtung aufweist. Hierbei ist die Diodenlasereinrichtung zumindest bereichsweise an der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung angeordnet. Die Diodenlasereinrichtung ist dabei eingerichtet, um über eine Emissionsfläche einen Laserstrahl zu emittieren. Der Laserstrahl kann dabei auch aus mehreren Teillaserstrahlen bestehen. Die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung ist dabei eingerichtet, um Wärme von der Diodenlasereinrichtung abzuführen. Hierbei weist die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung zumindest an einer Vorderseite, welche auf derselben Seite der Diodenlaseranordnung liegt wie die Emissionsfläche, mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt auf, welcher bezüglich der Emissionsfläche schräg ausgerichtet ist.
Die Erfindung weist Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Dadurch, dass die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung zumindest an der Vorderseite den mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt aufweist, welcher bezüglich der Emissionsfläche schräg ausgerichtet ist, wird im Bereich einer Emissionsseite der Diodenlasereinrichtung, an welcher der Laserstrahl emittiert wird, eine Verlustwärmeableitung deutlich erhöht, sodass eine Temperaturerhöhung der Diodenlasereinrichtung bei deren Betrieb signifikant verringert wird. Insbesondere fällt die Temperaturerhöhung eines oder mehrerer Emitter geringer aus. Weiterhin wird eine gleichmäßigere Temperaturverteilung in der Diodenlasereinrichtung auf niedrigerem Niveau erreicht. Auf diese Weise kann eine Ausgangsleistung der Diodenlasereinrichtung deutlich erhöht werden. Darüber hinaus können verbesserte Strahlparameter, beispielsweise bezüglich Divergenz und Polarisation, realisiert werden. Weiterhin kann die Wellenlängendrift verringert werden. Zudem kann die spektrale Bandbreite der emittierten Strahlung reduziert werden. Insgesamt lässt sich die Ausgangsleistung der Diodenlasereinrichtung bei gleichem oder erhöhtem Strom deutlich steigern. Weiterhin kann die Lebensdauer der Diodenlasereinrichtung und/oder die Strahlqualität verbessert werden.
Die Diodenlasereinrichtung weist vorzugsweise mindestens einen Emitter, insbesondere Einzelemitter, auf. Ein solcher Emitter ist bevorzugt als Kantenemitter ausgebildet. Vorzugsweise ist ein solcher Emitter als Hochleistungsemitter ausgebildet. Besonders bevorzugt weist die Diodenlasereinrichtung mehrere Emitter auf, wobei die Diodenlasereinrichtung insbesondere als Diodenlaserbarren mit mehreren Emittern, welche vorzugsweise in einer eindimensionalen Reihe (Array) angeordnet sind, ausgebildet ist. Vorzugsweise ist ein solcher Diodenlaserbarren als Kantenemitter ausgebildet. Besonders bevorzugt ist ein solcher Diodenlaserbarren als Hochleistungsdiodenlaserbarren ausgebildet.
Vorzugsweise liegt die Diodenlasereinrichtung zumindest bereichsweise an der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung, insbesondere an einem Abschnitt der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung, an.
Die Emissionsfläche ist vorzugsweise plan ausgebildet. Sie ist insbesondere an der Emissionsseite der Diodenlasereinrichtung angeordnet. Insbesondere ist weiterhin die Vorderseite der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung auf derselben Seite der erfindungsgemäßen Diodenlaseranordnung angeordnet, wie die Emissionsseite der Diodenlasereinrichtung. Der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt ist somit an derselben Seite der Diodenlaseranordnung angeordnet, wie die Emissionsfläche.
Vorzugsweise ist der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt plan ausgebildet. Der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt kann aber auch - zumindest in einer Schnittebene - konkav oder konvex ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist eine Flächennormale des mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitts zu einer Laserstrahlachse des Laserstrahls hin geneigt. Vorzugsweise ist der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt hinsichtlich seiner Neigung bezüglich der Emissionsfläche in Abhängigkeit einer Abstrahlcharakteristik, insbesondere dem Divergenzwinkel, des Laserstrahls angepasst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Diodenlaseranordnung weist die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung zumindest an der Vorderseite mehrere erste Stirnflächenabschnitte auf. Diese grenzen insbesondere aneinander an. Insbesondere bilden die mehreren ersten Stirnflächenabschnitte eine zusammenhängende Fläche. Insbesondere sind die mehreren ersten Stirnflächenabschnitte dabei jeweils bezüglich der Emissionsfläche schräg ausgerichtet, wobei ein Winkel zwischen den mehreren ersten Stirnflächenabschnitten und der Emissionsfläche jeweils verschieden groß ausgebildet sein kann. Vorzugsweise sind solche Winkel bei einer Aneinanderreihung mehrerer erster Stirnflächenabschnitte jeweils zunehmend oder abnehmend groß ausgebildet. Besonders bevorzugt wird dabei eine - zumindest in einer Schnittebene gesehen - konkave oder konvexe Ausbildung der aneinandergereihten mehreren ersten Stirnflächenabschnitte angenähert.
Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Diodenlaseranordnung ist der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt - zumindest in einer Schnittebene gesehen - konkav ausgebildet. Insbesondere bildet der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt einen Abschnitt einer Innenseite eines Zylindermantelsegments.
Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass ein Winkel zwischen einer Flächennormalen des mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitts und einer Flächennormalen der Emissionsfläche größer als 0 Grad und kleiner als 90 Grad ist. Insbesondere ist ein jeweiliger Winkel zwischen allen lokalen Flächennormalen des mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitts und einer Flächennormalen der Emissionsfläche größer als 0 Grad und kleiner als 90 Grad. Auf diese Weise wird eine ungehinderte Emission des Laserstrahls sichergestellt, wobei in vorteilhafter Weise die Verlustwärmeableitung deutlich erhöht wird.
Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Winkel zwischen der Flächennormalen des mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitts und der Flächennormalen der Emissionsfläche mindestens 40 Grad und höchstens 60 Grad, vorzugsweise 50 Grad, beträgt. Eine derartige Ausgestaltung bewirkt in besonders vorteilhafter Weise eine effektive Verlustwärmeableitung bei gleichzeitig ungehinderter Emission des Laserstrahls.
Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Diodenlasereinrichtung im Bereich der Emissionsfläche gegenüber einem vordersten Ende der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung zurückgesetzt angeordnet ist. Insbesondere handelt es sich bei dem vordersten Ende der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung um einen Bereich, welcher bezogen auf eine entlang der Laserstrahlachse verlaufenden Koordinatenachse am weitesten von der Emissionsfläche entfernt ist. Die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung ragt also insbesondere an der Vorderseite über eine Grundfläche der Diodenlasereinrichtung hinaus. Insbesondere wird der Kontaktbereich zwischen der Diodenlasereinrichtung und der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung durch die Grundfläche der Diodenlasereinrichtung zumindest bereichsweise begrenzt. Auf diese Weise kann die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung insbesondere im Verhältnis zu der Diodenlasereinrichtung besonders groß dimensioniert werden, sodass aufgrund einer vergrößerten Kühlfläche eine besonders effektive Verlustwärmeableitung realisiert wird.
Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung an der Vorderseite mindestens einen zweiten Stirnflächenabschnitt aufweist, welcher parallel zu der Emissionsfläche ausgerichtet ist. Vorzugsweise ist der mindestens eine zweite Stirnflächenabschnitt plan ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Diodenlaseranordnung ist der mindestens eine zweite Stirnflächenabschnitt zwischen dem mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt und der Emissionsfläche angeordnet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine Abstrahlung des Laserstrahls, insbesondere bei einem großen Divergenzwinkel, nicht behindert wird.
Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt oder der mindestens eine zweite Stirnflächenabschnitt bündig an die Emissionsfläche angrenzt.
Besonders bevorzugt grenzen der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt und der mindestens eine zweite Stirnflächenabschnitt bündig an die Emissionsfläche an. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt Teil einer ersten Wärmeabführeinrichtung an einer ersten Seite der Diodenlasereinrichtung ist, und der mindestens eine zweite Stirnflächenabschnitt Teil einer zweiten Wärmeabführeinrichtung an einer der ersten Seite entgegengesetzt angeordneten zweiten Seite der Diodenlasereinrichtung ist. Beispielsweise ist an der ersten Seite der Diodenlasereinrichtung deren Grundfläche angeordnet, wobei an der zweiten Seite eine der Grundfläche entgegengesetzt liegende, insbesondere zu der Grundfläche parallel liegende Oberfläche der Diodenlasereinrichtung angeordnet ist. Alternativ kann auch an der zweiten Seite der Diodenlasereinrichtung deren Grundfläche angeordnet sein.
Ein bündiges Angrenzen bezeichnet insbesondere, dass der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt und/oder der mindestens eine zweite Stirnflächenabschnitt Kante auf Kante an der Emissionsfläche anliegen. Eine Kante des mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitts und/oder des mindestens einen zweiten Stirnflächenabschnitts liegen/liegt also insbesondere an einer Kante der Emissionsfläche, beispielsweise an der an dem Kontaktbereich zwischen der Diodenlasereinrichtung und der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung liegenden Kante der Emissionsfläche. Durch eine derartige Ausgestaltung kann in vorteilhafter Weise eine zumindest teilweise Abschirmung des Laserstrahls verhindert und gleichzeitig eine effektive Wärmeableitung gewährleistet werden.
Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung einen dem mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt entsprechenden seitlich zumindest abschnittsweise umlaufenden Schrägflächenabschnitt aufweist. Vorzugsweise geht der mindestens eine Stirnflächenabschnitt seitlich in den Schrägflächenabschnitt über. Der mindestens eine Stirnflächenabschnitt setzt sich insbesondere seitlich in dem Schrägflächenabschnitt fort. Der Schrägflächenabschnitt kann auch mehrere Teilabschnitte aufweisen. Insbesondere ragt die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung mit dem mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt an der Emissionsseite und mit dem Schrägflächenabschnitt an zumindest einer weiteren Seite über die Grundfläche der Diodenlasereinrichtung hinaus. Besonders bevorzugt ragt die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung mit dem mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt und dem Schrägflächenabschnitt an allen Seiten über die Grundfläche der Diodenlasereinrichtung hinaus. Der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt und der Schrägflächenabschnitt umrahmen insbesondere die Grundfläche der Diodenlasereinrichtung. Eine Abschrägung oder Fase des Schrägflächenabschnitts entspricht dabei vorzugsweise der Abschrägung oder Fase des mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitts. Auf diese Weise wird eine besonders effektive Wärmeableitung nach allen Seiten realisiert.
Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung zumindest abschnittsweise ein Material mit einem Diamantanteil aufweist oder aus einem Material mit einem Diamantanteil besteht. Besonders bevorzugt weist die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung zumindest abschnittsweise ein Diamant-Silber-Verbundmaterial auf oder besteht aus einem Diamant-Silber-Verbundmaterial. Insbesondere weist ein Wärmespreizer der weiter unten beschriebenen Art ein Material mit einem Diamantanteil, vorzugsweise ein Diamant-Silber-Verbundmaterial, auf oder besteht aus einem Material mit einem Diamantanteil, vorzugsweise einem Diamant-Silber-Verbundmaterial.
Alternativ oder zusätzlich weist die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung, insbesondere ein Wärmespreizer der weiter unten beschriebenen Art, zumindest abschnittsweise ein Material auf oder besteht aus einem Material, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Material mit einem Goldanteil, einem Material mit einem Kupfer- und einem Kohlenstoffanteil, und einem Nanomaterial. Derartige Materialien weisen eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit auf. Vorzugsweise wird mittels dieser Werkstoffe ein Wärmeausdehnungskoeffizient der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung, insbesondere eines Wärmespreizers der weiter unten angesprochenen Art, zumindest abschnittsweise an einen Wärmeausdehnungskoeffizient der Diodenlasereinrichtung angepasst. Beispielsweise beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung zumindest abschnittsweise mindestens 70 % des Wärmeausdehnungskoeffizients der Diodenlasereinrichtung und höchstens 130 % des Wärmeausdehnungskoeffizients der Diodenlasereinrichtung. Dadurch können insbesondere temperaturbedingte Spannungen in der Diodenlasereinrichtung reduziert oder vermieden werden, sodass eine Langzeitstabilität der Diodenlasereinrichtung sichergestellt wird.
Vorzugsweise ist eine Kontur beziehungsweise Form des mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitts und/oder des mindestens einen zweiten Stirnflächenabschnitts der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung mittels Sintern oder Laserbearbeitung realisiert. Mit derartigen Verfahren können insbesondere auch Materialien mit einem Diamantanteil der oben beschriebenen Art bearbeitet werden. Beispielsweise können mittels eines Ultrakurzpulslasers bei geeigneter Fokussierung beziehungsweise Einstellung der Laserstrahleindringtiefe durch Materialabtrag mehrere Mikrostufen in die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung eingebracht werden, welche eine Kontur beziehungsweise Form der angesprochenen Art bilden. Alternativ kann ein entsprechender Materialabtrag mittels eines geeigneten Ätzverfahrens, beispielsweise eines Argonätzverfahrens oder lonenstrahlätzverfahrens realisiert werden. Eine geeignete Formgebung kann dabei durch Verwendung geeigneter Schablonen, die auf einer Oberfläche der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung aufgelegt sind, realisiert werden.
Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung einen Wärmespreizer oder eine Wärmesenke, besonders bevorzugt einen Wärmespreizer und eine Wärmesenke, aufweist. Wärmespreizer der angesprochenen Art dienen insbesondere zur Wärmeverteilung und zum Ausgleich verschiedener Wärmeausdehnungen der Diodenlasereinrichtung und der Wärmesenke. An einem solchen Wärmespreizer ist typischerweise die Diodenlasereinrichtung angeordnet. Die Wärmesenke ist insbesondere mittels eines Kühlfluids kühlbar. Vorzugsweise ist die Wärmesenke hin zu dem Wärmespreizer und/oder der Diodenlasereinrichtung dünnwandig ausgebildet, sodass das Kühlfluid möglichst dicht an der Diodenlasereinrichtung geführt werden kann, sodass die Wärmeableitung verbessert wird. Vorzugsweise weist die Wärmesenke einen das Kühlfluid führenden Kühlkanal auf, in welchem Kühlfinnen in einem Bereich angeordnet sind, welcher möglichst nahe an der Diodenlasereinrichtung liegt.
Besonders bevorzugt weist die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung einen Wärmespreizer und eine Wärmesenke der angesprochenen Art auf, wobei insbesondere der Wärmespreizer zwischen der Diodenlasereinrichtung und der Wärmesenke angeordnet ist.
Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Wärmespreizer oder die Wärmesenke, vorzugsweise der Wärmespreizer und die Wärmesenke, jeweils den mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt oder den mindestens einen zweiten Stirnflächenabschnitt, besonders bevorzugt den mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt und den mindestens einen zweiten Stirnflächenabschnitt, aufweisen/aufweist. Eine solche Ausgestaltung gewährleistet eine ungehinderte Emission des Laserstrahls auch bei großen Divergenzwinkeln bei gleichzeitig effektiver Verlustwärmeableitung.
Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung einen Wärmespreizer und eine Wärmesenke aufweist, wobei die Diodenlasereinrichtung im Bereich der Emissionsfläche gegenüber einem vordersten Ende des Wärmespreizers zurückgesetzt angeordnet ist, und wobei der Wärmespreizer an dem vordersten Ende gegenüber einem vordersten Ende der Wärmesenke zurückgesetzt angeordnet ist. Mit einem vordersten Ende der angesprochenen Art ist insbesondere ein Bereich des Wärmespreizers beziehungsweise der Wärmesenke gemeint, welcher bezogen auf die entlang der Laserstrahlachse verlaufenden Koordinatenachse am weitesten von der Emissionsfläche entfernt ist. Eine derartige Anordnung gewährleistet eine ungehinderte Emission des Laserstrahls auch bei großem Divergenzwinkel, wobei gleichzeitig eine effektive Verlustwärmeableitung sichergestellt ist.
Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt des Wärmespreizers oder der mindestens eine zweite Stirnflächenabschnitt des Wärmespreizers, oder alternativ der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt des Wärmespreizers und der mindestens eine zweite Stirnflächenabschnitt des Wärmespreizers, bündig an den mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt der Wärmesenke oder den mindestens einen zweiten Stirnflächenabschnitt der Wärmesenke, oder alternativ den mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt der Wärmesenke und den mindestens einen zweiten Stirnflächenabschnitt der Wärmesenke, angrenzen/angrenzt. Ein bündiges Angrenzen der angesprochenen Art bezeichnet insbesondere ein Aneinanderliegen der angesprochenen ersten und/oder zweiten Stirnflächenabschnitte Kante auf Kante. Besonders bevorzugt bilden die ersten und/oder zweiten Stirnflächenabschnitte des Wärmespreizers und/oder der Wärmesenke eine durchgehende Fläche. Eine solche Ausgestaltung der Diodenlaseranordnung gewährleistet eine effektive Ableitung der Verlustwärme, ohne dass die Emission des Laserstrahls behindert wird.
Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Verbindung zwischen der Diodenlasereinrichtung und der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung, insbesondere einem Wärmespreizer oder einer Wärmesenke der angesprochenen Art, mittels Löten, Kleben, Verkämmen, Verklemmen oder Sintern hergestellt ist. Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise eine Verbindung zwischen dem Wärmespreizer und der Wärmesenke der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung mittels Löten, Kleben, Verkämmen, Verklemmen oder Sintern hergestellt. Insbesondere ist eine Verbindung der angesprochenen Art formschlüssig und/oder stoffschlüssig realisiert. Derartige Verbindungen sind einfach und kostengünstig herzustellen.
Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung eingerichtet ist, um die Diodenlasereinrichtung elektrisch zu kontaktieren. Besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße Diodenlaseranordnung zwei Wärmeabführeinrichtungen der angesprochenen Art auf, welche die Diodenlasereinrichtung jeweils elektrisch kontaktieren. Dadurch kann in Verbindung mit einer Energiequelle eine Stromversorgung der Diodenlasereinrichtung realisiert werden.
Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Diodenlaseranordnung zwei Wärmeabführeinrichtungen der angesprochenen Art aufweist, wobei eine erste Wärmeabführeinrichtung der zwei Wärmeabführeinrichtungen an einer ersten Seite der Diodenlasereinrichtung angeordnet ist, und wobei eine zweite Wärmeabführeinrichtung der zwei Wärmeabführeinrichtungen an einer der ersten Seite entgegengesetzt liegenden zweiten Seite der Diodenlasereinrichtung angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die erste Wärmeabführeinrichtung als Wärmespreizer mit einer an der der Diodenlasereinrichtung abgewandten Seite angeordneten Wärmesenke ausgebildet, wobei die zweite Wärmeabführeinrichtung als weitere Wärmesenke ausgebildet ist.
Alternativ ist vorzugsweise die erste Wärmeabführeinrichtung als Wärmespreizer mit einer an der der Diodenlasereinrichtung abgewandten Seite angeordneten Wärmesenke ausgebildet, wobei die zweite Wärmeabführeinrichtung als weiterer Wärmespreizer mit einer an der der Diodenlasereinrichtung abgewandten Seite angeordneten weiteren Wärmesenke ausgebildet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Diodenlaseranordnung in einer perspektivischen Schrägansicht,
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Diodenlaseranordnung in einem Längsschnitt,
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Diodenlaseranordnung in einem Längsschnitt, und
4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Diodenlaseranordnung in einer perspektivischen Schrägansicht.

In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Diodenlaseranordnung 1 in einer perspektivischen Schrägansicht schematisch dargestellt. Die Diodenlaseranordnung 1 weist eine Diodenlasereinrichtung 3 auf. Die Diodenlasereinrichtung 3 ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beispielhaft quaderförmig ausgebildet. Sie weist einen oder mehrere Emitter auf. Optional weist die Diodenlasereinrichtung 3 einen Diodenlaserbarren, vorzugsweise im Hochleistungsbereich, auf. Weiterhin weist die Diodenlaseranordnung 1 mindestens eine Wärmeabführeinrichtung 5 auf, wobei bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 genau eine Wärmeabführeinrichtung 5 vorgesehen ist. Die Diodenlasereinrichtung 3 ist zumindest bereichsweise an der Wärmeabführeinrichtung 5 angeordnet. Die Diodenlasereinrichtung 3 weist eine Grundfläche 6 auf. Insbesondere liegt die Diodenlasereinrichtung 3 über die Grundfläche 6 in einem ersten Kontaktbereich 7 zumindest bereichsweise an der Wärmeabführeinrichtung 5 an. Der erste Kontaktbereich 7 ist hier insbesondere ein Bereich, in welchem die Diodenlasereinrichtung 3 und die Wärmeabführeinrichtung 5 insbesondere flächig aneinandergrenzen.
Die Diodenlasereinrichtung 3 ist eingerichtet, um über eine Emissionsfläche 9, welche an einer Emissionsseite 10 der Diodenlasereinrichtung 3 liegt, einen Laserstrahl zu emittieren. Eine Emissionsrichtung des Laserstrahls ist durch einen Pfeil 11 schematisch dargestellt. Die Emissionsfläche 9 ist gemäß 1 plan ausgebildet. Insbesondere wird der Laserstrahl im Wesentlichen senkrecht zu der Emissionsfläche 9 emittiert. Eine Emission des Laserstrahls erfolgt zumindest über einen Abschnitt der Emissionsfläche 9. Ein solcher Abschnitt liegt insbesondere in der Nähe einer - aus Sicht eines Betrachters gesehen - unteren Kante 12 der Diodenlasereinrichtung 3 auf der Emissionsseite 10, insbesondere in einem p-Bereich der Diodenlasereinrichtung 3. Die untere Kante 12 der Diodenlasereinrichtung 3 entspricht bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 im Wesentlichen einem - aus Sicht des Betrachters gesehen - unteren Rand der Emissionsfläche 9.
Die Wärmeabführeinrichtung 5 ist eingerichtet, um Wärme von der Diodenlasereinrichtung 3 abzuführen. Insbesondere erfolgt dabei eine Wärmeübertragung von der Diodenlasereinrichtung 3 zu der Wärmeabführeinrichtung 5 über den ersten Kontaktbereich 7. Die Wärmeabführeinrichtung 5 weist zumindest an einer Vorderseite 13, welche auf derselben Seite der Diodenlaseranordnung 1 liegt wie die Emissionsfläche 9, mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt 15 auf, welcher bezüglich der Emissionsfläche 9 schräg ausgerichtet ist. Die Vorderseite 13 liegt also auf derselben Seite der Diodenlaseranordnung 1 wie die Emissionsseite 10.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist die Wärmeabführeinrichtung 5 an der Vorderseite 13 zwei erste Stirnflächenabschnitte 15 auf, nämlich den ersten Stirnflächenabschnitt 15' und den weiteren ersten Stirnflächenabschnitt 15" auf. Der weitere erste Stirnflächenabschnitt 15" ist in 1 gestrichelt dargestellt. Der erste Stirnflächenabschnitt 15' und der weitere erste Stirnflächenabschnitt 15" sind hier beispielhaft jeweils plan ausgebildet.
Durch die gestrichelte Darstellung des weiteren ersten Stirnflächenabschnitts 15" soll gekennzeichnet werden, dass dieser alternativ auch entfallen kann, wobei die Wärmeabführeinrichtung 5 an der Vorderseite 13 dann genau einen ersten Stirnflächenabschnitt 15, nämlich den ersten Stirnflächenabschnitt 15', aufweist, und wobei dann eine Kontur der Wärmesenke 29 an der Vorderseite 13 - statt mit einer gestrichelten Linie - mittels einer durchgezogenen Linie dargestellt ist. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann möglich, wenn eine Abstrahlcharakteristik der Diodenlasereinrichtung 3 dies insoweit erlaubt, als der Laserstrahl nicht durch die Wärmesenke 29 abgeschirmt wird, was beispielsweise bei kleineren Divergenzwinkeln des Laserstrahls der Fall ist.
Insbesondere ist ein Winkel zwischen einer Flächennormalen des mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitts 15, hier des ersten Stirnflächenabschnitts 15' und des weiteren ersten Stirnflächenabschnitts 15", und einer Flächennormalen der Emissionsfläche 9 größer als 0 Grad und kleiner als 90 Grad. Insbesondere ist eine Flächennormale des mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitts 15, hier des ersten Stirnflächenabschnitts 15' und des weiteren ersten Stirnflächenabschnitts 15", zu einer Laserstrahlachse, welche entlang des Pfeils 11 verläuft, hin geneigt. Insbesondere beträgt, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 dargestellt, der Winkel zwischen der Flächennormalen des mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitts 15, hier des ersten Stirnflächenabschnitts 15' und des weiteren ersten Stirnflächenabschnitts 15", und der Flächennormalen der Emissionsfläche 9 mindestens 40 Grad und höchstens 60 Grad, vorzugsweise 50 Grad.
Insbesondere ist die Diodenlasereinrichtung 3 im Bereich der Emissionsfläche 9 gegenüber einem vordersten Ende 17 der Wärmeabführeinrichtung 5 zurückgesetzt angeordnet. Mit dem vordersten Ende 17 ist insbesondere ein Bereich gemeint, welcher bezüglich einer entlang der Laserstrahlachse verlaufenden Koordinatenachse, mithin entlang des Pfeils 11, am weitesten von der Emissionsfläche 9 entfernt liegt.
Optional weist die Wärmeabführeinrichtung 5, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 vorgesehen, an der Vorderseite 13 mindestens einen zweiten Stirnflächenabschnitt 19 auf, welcher parallel zu der Emissionsfläche 9 ausgerichtet ist. Gemäß 1 weist die Wärmeabführeinrichtung 5 an der Vorderseite 13 zwei zweite Stirnflächenabschnitte 19 auf, nämlich einen zweiten Stirnflächenabschnitt 19' und einen weiteren zweiten Stirnflächenabschnitt 19". Der zweite Stirnflächenabschnitt 19' und der weitere zweite Stirnflächenabschnitt 19" sind hier jeweils plan ausgebildet. Der zweite Stirnflächenabschnitt 19' und der weitere zweite Stirnflächenabschnitt 19" begrenzen hier den ersten Stirnflächenabschnitt 15' an zwei Seiten, nämlich an einem - aus Sicht des Betrachters gesehen - oberen und unteren Rand des ersten Stirnflächenabschnitts 15'.
Optional grenzen/grenzt der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt 15 und/oder der mindestens eine zweite Stirnflächenabschnitt 19 bündig an die Emissionsfläche 9 an. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 grenzt der zweite Stirnflächenabschnitt 19' bündig an die Emissionsfläche 9 an. Eine obere Kante 21 der Wärmeabführeinrichtung 5, welche hier einem - aus Sicht des Betrachters gesehen - oberen Rand des zweiten Stirnflächenabschnitts 19' entspricht, liegt dabei an der unteren Kante 12 der Diodenlasereinrichtung 3 beziehungsweise dem unteren Rand der Emissionsfläche 9 an. Die Emissionsfläche 9 und die Wärmeabführeinrichtung 5, insbesondere der zweite Stirnflächenabschnitt 19', liegen hier mithin Kante auf Kante. Es wäre auch möglich, dass die Diodenlasereinrichtung 3 mit der Emissionsfläche 9 geringfügig über die obere Kante 21 der Wärmeabführeinrichtung 5 hinausragt.
Optional weist die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung 5 einen dem mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt 15 entsprechenden seitlich zumindest abschnittsweise umlaufenden Schrägflächenabschnitt auf. Eine solche Ausgestaltung der Diodenlaseranordnung 1 ist in 1 nicht dargestellt. Gemäß 1 ragt die Wärmeabführeinrichtung 5 allerdings nicht nur an der Vorderseite 13, sondern auch an einer der Vorderseite 13 entgegengesetzten Hinterseite 23 der Wärmeabführeinrichtung 5 und an zwei gegenüberliegenden Flankenseiten 25 der Wärmeabführeinrichtung 5, welche zwischen der Vorderseite 13 und der Hinterseite 23 angeordnet sind, über die Grundfläche 6 der Diodenlasereinrichtung 3 hinaus. Dies ist für eine Übertragung der Verlustwärme der Diodenlasereinrichtung 3 besonders vorteilhaft. An der Hinterseite 23 und an den Flankenseiten 25 weist die Wärmeabführeinrichtung 5 jedoch keine Schräge gemäß dem mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt 15 auf.
Optional weist die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung 5 zumindest abschnittsweise ein Material mit einem Diamantanteil auf oder besteht aus einem Material mit einem Diamantanteil.
Optional weist die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung 5 einen Wärmespreizer 27 oder eine Wärmesenke 29 auf. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist die Wärmeabführeinrichtung 5 einen Wärmespreizer 27 und eine Wärmesenke 29 auf. Die Diodenlasereinrichtung 3 ist über die Grundfläche 6 zumindest bereichsweise an dem Wärmespreizer 27 angeordnet. Insbesondere sind die Diodenlasereinrichtung 3 und der Wärmespreizer 27 in dem ersten Kontaktbereich 7 aneinander angeordnet, wobei sie insbesondere aneinander anliegen. Weiterhin sind der Wärmespreizer 27 und die Wärmesenke 29 in einem zweiten Kontaktbereich 31 aneinander angeordnet. Insbesondere liegen der Wärmespreizer 27 und die Wärmesenke 29 in dem zweiten Kontaktbereich 31 aneinander an. Der Wärmespreizer 27 ist also zwischen der Diodenlasereinrichtung 3 und der Wärmesenke 29 quasi sandwichartig angeordnet.
Der Wärmespreizer 27 ist hier beispielhaft als Auflage für die Diodenlasereinrichtung 3 ausgebildet. Der Wärmespreizer 27 dient insbesondere zur Weiterleitung und/oder Verteilung der Verlustwärme der Diodenlasereinrichtung 3 zu der beziehungsweise auf die Wärmesenke 29.
Die Wärmesenke 29 ist insbesondere mittels eines Kühlfluids kühlbar. Insoweit ist die Wärmesenke 29 insbesondere eingerichtet, um Verlustwärme, welche mittels des Wärmespreizers 27 zu der Wärmesenke 29 übertragen wird, mittels des Kühlfluids beispielsweise über einen Kühlkreislauf abzuführen.
Optional weisen/weist der Wärmespreizer 27 und/oder die Wärmesenke 29 jeweils den mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt 15 und/oder den mindestens einen zweiten Stirnflächenabschnitt 19 auf. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Wärmespreizer 27 den ersten Stirnflächenabschnitt 15' sowie den zweiten Stirnflächenabschnitt 19' und den weiteren zweiten Stirnflächenabschnitt 19" auf. Die Wärmesenke 29 weist gemäß 1 den weiteren ersten Stirnflächenabschnitt 15" auf, welcher gestrichelt dargestellt ist. Es ist alternativ möglich, dass die Wärmesenke 29 quaderförmig ausgebildet ist und keinen weiteren ersten Stirnflächenabschnitt 15" aufweist, wobei dieses Ausführungsbeispiel mittels einer durchgezogenen Linie anstatt der gestrichelten Linie dargestellt ist.
Optional weist die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung 5 einen Wärmespreizer 27 und eine Wärmesenke 29 auf, wobei die Diodenlasereinrichtung 3 im Bereich der Emissionsfläche 9 gegenüber einem vordersten Ende 33 des Wärmespreizers 27 zurückgesetzt angeordnet ist, und wobei der Wärmespreizer 27 an dem vordersten Ende 33 gegenüber einem vordersten Ende 35 der Wärmesenke 29 zurückgesetzt angeordnet ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 entspricht das vorderste Ende 17 der Wärmeabführeinrichtung 5 dem vordersten Ende 35 der Wärmesenke 29. Mit dem vordersten Ende 33 ist insbesondere ein Bereich des Wärmespreizer 27 gemeint, welcher bezüglich der Koordinatenachse entlang der Laserstrahlachse, mithin entlang des Pfeils 11, am weitesten von der Emissionsfläche 9 entfernt liegt. Insbesondere ragt der Wärmespreizer 27 an der Vorderseite 13 über die Grundfläche 6 hinaus. In analoger Weise ist mit dem vordersten Ende 35 insbesondere ein Bereich der Wärmesenke 29 gemeint, welcher bezüglich dieser Koordinatenachse am weitesten von der Emissionsfläche 9 entfernt liegt.
Optional grenzen/grenzt der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt 15 des Wärmespreizers 27 und/oder der mindestens eine zweite Stirnflächenabschnitt 19 des Wärmespreizers 27 bündig an den mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt 15 der Wärmesenke 29 und/oder den mindestens einen zweiten Stirnflächenabschnitt 19 der Wärmesenke 29 an. Gemäß 1 grenzt der weitere zweite Stirnflächenabschnitt 19" des Wärmespreizers 27 bündig an den weiteren ersten Stirnflächenabschnitt 15" der Wärmesenke 29. Insbesondere liegen eine - aus Sicht des Betrachters gesehen - untere Kante 37 des Wärmespreizers 27 und eine - aus Sicht des Betrachters gesehen - obere Kante 39 der Wärmesenke 29 aneinander an. Der Wärmespreizer 27 und die Wärmesenke 29 liegen mithin Kante auf Kante.
Eine - aus Sicht des Betrachters gesehen - obere Kante des Wärmespreizers 27 entspricht bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der oberen Kante 21 der Wärmeabführeinrichtung 5. Die obere Kante des Wärmespreizers 27 liegt hier also an der unteren Kante 12 der Diodenlasereinrichtung 3 an.
Optional ist eine Verbindung zwischen der Diodenlasereinrichtung 3 und der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung 5 und/oder zwischen dem Wärmespreizer 27 und der Wärmesenke 29 der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung 5 mittels Löten, Kleben, Verkämmen, Verklemmen oder Sintern hergestellt. Gemäß 1 ist insbesondere eine Verbindung zwischen der Diodenlasereinrichtung 3 und dem Wärmespreizer 27 mittels Löten, Kleben, Verkämmen, Verklemmen oder Sintern hergestellt. Weiterhin ist insbesondere eine Verbindung zwischen dem Wärmespreizer 27 und der Wärmesenke 29 mittels Löten, Kleben, Verkämmen, Verklemmen oder Sintern hergestellt.
2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der Diodenlaseranordnung 1 in einem Längsschnitt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Die Diodenlaseranordnung 1 weist hier zwei Wärmeabführeinrichtungen 5 auf, wobei eine erste Wärmeabführeinrichtung 5' der zwei Wärmeabführeinrichtungen 5 an einer ersten Seite 41 der Diodenlasereinrichtung 3 angeordnet ist, und wobei eine zweite Wärmeabführeinrichtung 5" der zwei Wärmeabführeinrichtungen 5 an einer der ersten Seite 41 entgegengesetzt liegenden zweiten Seite 43 der Diodenlasereinrichtung 3 angeordnet ist.
Die erste Wärmeabführeinrichtung 5' weist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 einen Wärmespreizer 27 und eine Wärmesenke 29 der bereits angesprochenen Art auf. Die Diodenlasereinrichtung 3 und der Wärmespreizer 27 sind in dem ersten Kontaktbereich 7 aneinander angeordnet. Der Wärmespreizer 27 und die Wärmesenke 29 sind in dem zweiten Kontaktbereich 31 aneinander angeordnet.
Die zweite Wärmeabführeinrichtung 5" weist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 eine weitere Wärmesenke 29' der bereits angesprochenen Art auf. Die Diodenlasereinrichtung 3 und die weitere Wärmesenke 29' sind in einem dritten Kontaktbereich 45 aneinander angeordnet. Alternativ kann die zweite Wärmeabführeinrichtung 5" - was hier aber nicht dargestellt ist - auch einen Wärmespreizer analog zu der ersten Wärmeabführeinrichtung 5' aufweisen.
Die Diodenlaseranordnung 1 gemäß 2 weist also zwei Wärmesenken 29, 29' auf. Die Diodenlasereinrichtung 3 ist hier zumindest bereichsweise auf der ersten Seite 41 an dem Wärmespreizer 27 angeordnet und an der zweiten Seite 43 an der Wärmesenke 29' angeordnet. Die Wärmeabführeinrichtungen 5', 5" sind eingerichtet, um Wärme insbesondere über den ersten Kontaktbereich 7 und den dritten Kontaktbereich 45 von der Diodenlasereinrichtung 3 abzuführen.
Die erste Wärmeabführeinrichtung 5' sowie die zweite Wärmeabführeinrichtung 5" sind mittels eines Abstandhalters 47 voneinander beabstandet. Der Abstandhalter 47 ist im Bereich der Hinterseite 23 der Wärmeabführeinrichtung 5, hier der ersten Wärmeabführeinrichtung 5' und der zweiten Wärmeabführeinrichtung 5", angeordnet. Insbesondere ist der Abstandhalter 47 in einem Bereich der Wärmeabführeinrichtungen 5', 5" angeordnet, welcher einem Bereich, in welchem die Diodenlasereinrichtung 3 angeordnet ist, entgegengesetzt liegt.
Die erste Wärmeabführeinrichtung 5' weist an der Vorderseite 13 zwei erste Stirnflächenabschnitte 15, nämlich einen ersten Stirnflächenabschnitt 15' und einen weiteren ersten Stirnflächenabschnitt 15'" auf, welche jeweils bezüglich der Emissionsfläche 9 schräg ausgerichtet sind. Gemäß 2 weist der Wärmespreizer 27 den ersten Stirnflächenabschnitt 15' und den weiteren ersten Stirnflächenabschnitt 15"' auf. Beide erste Stirnflächenabschnitte 15', 15'" grenzen hier bündig aneinander an. Ein erster Winkel zwischen einer Flächennormalen des ersten Stirnflächenabschnitts 15' und einer Flächennormalen der Emissionsfläche 9 ist hier größer als 0 Grad und kleiner als 90 Grad. Weiterhin ist hier ein zweiter Winkel zwischen einer Flächennormalen des weiteren ersten Stirnflächenabschnitts 15'" und einer Flächennormalen der Emissionsfläche 9 größer als 0 Grad und kleiner als 90 Grad. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der erste Winkel kleiner als der zweite Winkel. Auf diese Weise wird eine annähernd konkave Ausbildung einer Fläche geschaffen, welche durch den ersten Stirnflächenabschnitt 15' und den weiteren ersten Stirnflächenabschnitt 15"' gebildet wird.
Optional betragen der erste Winkel und der zweite Winkel jeweils mindestens 40 Grad und höchstens 60 Grad.
Optional ist die Diodenlasereinrichtung 3 im Bereich der Emissionsfläche 9 gegenüber dem vordersten Ende 17 der Wärmeabführeinrichtung, insbesondere einem vordersten Ende 17' der ersten Wärmeabführeinrichtung 5' und einem vordersten Ende 17" der zweiten Wärmeabführeinrichtung 5" zurückgesetzt angeordnet.
Gemäß 2 grenzt der erste Stirnflächenabschnitt 15' bündig an die Emissionsfläche 9. Insbesondere liegen eine untere Kante 12 der Diodenlasereinrichtung 3 beziehungsweise der untere Rand der Emissionsfläche 9 und die obere Kante des Wärmespreizers 27, welche hier der oberen Kante 21 der ersten Wärmeabführeinrichtung 5' entspricht, insbesondere ein oberer Rand des ersten Stirnflächenabschnitts 15', aneinander an.
Optional ist die Wärmeabführeinrichtung 5, wie in 2 dargestellt, mittels eines Kühlfluids kühlbar. Über einen Kühlfluideinlass 49 ist ein Kühlfluid in die erste Wärmeabführeinrichtung 5', hier in einen Kühlkanal 50 der Wärmesenke 29, einleitbar. Das Kühlfluid ist hier in dem Kühlkanal 50 durch die Wärmesenke 29 leitbar. Über einen Kühlfluidauslass 51 ist das Kühlfluid aus der ersten Wärmeabführeinrichtung 5', hieraus dem Kühlkanal 50 der Wärmesenke 29, ausleitbar. Eine Fließrichtung des Kühlfluids ist beispielhaft schematisch mithilfe von Pfeilen 53 dargestellt. In analoger Weise ist über einen weiteren Kühlfluideinlass 49' ein Kühlfluid in die zweite Wärmeabführeinrichtung 5", insbesondere in einen weiteren Kühlkanal 50' der weiteren Wärmesenke 29', einleitbar. Das Kühlfluid ist hier in dem weiteren Kühlkanal 50' durch die weitere Wärmesenke 29' leitbar. Über einen weiteren Kühlfluidauslass 51' ist das Kühlfluid aus der zweiten Wärmeabführeinrichtung 5", insbesondere dem weiteren Kühlkanal 50' der weiteren Wärmesenke 29', ausleitbar. Eine Fließrichtung des Kühlfluids ist beispielhaft schematisch mithilfe von Pfeilen 53' dargestellt.
Die erste Wärmeabführeinrichtung 5' weist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 eine Wärmeaustauscheinrichtung 55 auf, welche eine Übertragung von Wärme der Diodenlasereinrichtung 3 auf das in der Wärmesenke 29 geführte Kühlfluid begünstigt. Die Wärmeaustauscheinrichtung 55 kann Kühlfinnen aufweisen, welche in dem Kühlkanal 50 angeordnet sind. In analoger Weise weist hier die zweite Wärmeabführeinrichtung 5" eine weitere Wärmeaustauscheinrichtung 55' auf, welche eine Übertragung von Wärme der Diodenlasereinrichtung 3 auf das in der weiteren Wärmesenke 29' geführte Kühlfluid begünstigt. Die weitere Wärmeaustauscheinrichtung 55' kann ebenfalls Kühlfinnen aufweisen, welche in dem weiteren Kühlkanal 50' angeordnet sind. Optional sind die Wärmesenken 29, 29' jeweils insbesondere in Bereichen 56, 56', welche benachbart zu dem Wärmespreizer 27 beziehungsweise zu der Diodenlasereinrichtung 3 liegen, möglichst dünnwandig ausgebildet, sodass eine effektive Wärmeübertragung von der Diodenlasereinrichtung 3 und/oder dem Wärmespreizer 27 gewährleistet ist.
Optional sind die Wärmeabführeinrichtungen 5', 5" eingerichtet, um die Diodenlasereinrichtung 3 elektrisch zu kontaktieren. Optional ist eine elektrische Kontaktierung der Diodenlasereinrichtung 3 über den ersten Kontaktbereich 7 an der ersten Seite 41 und den dritten Kontaktbereich 45 an der zweiten Seite 43 realisiert. Insbesondere weist die Diodenlasereinrichtung 3 im Bereich der ersten Seite 41 den p-Bereich und im Bereich der zweiten Seite 43 einen n-Bereich auf.
3 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel der Diodenlaseranordnung 1 in einem Längsschnitt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Die Diodenlaseranordnung 1 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 nur darin, dass die weitere Wärmesenke 29' gegenüber der Wärmesenke 29 - aus Sicht des Betrachters gesehen - nach links verschoben ist. Die Wärmesenken 29, 29' sind analog ausgebildet, was zu Herstellkostenvorteilen führt. Beispielhaft liegt in der Ansicht gemäß 3 eine Stirnfläche der weiteren Wärmesenke 29' an einem vordersten Ende 35' im Wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Emissionsfläche 9. Dies ist vorteilhaft, da eine Abschirmung des Laserstrahls durch die weitere Wärmesenke 29', insbesondere bei größeren Divergenzwinkeln, verhindert wird.
Es ist alternativ möglich, bildlich jedoch nicht dargestellt, dass die weitere Wärmesenke 29' an der Hinterseite 23 bündig mit der Wärmesenke 29 abschließt, was in vorteilhafter Weise zu einem verringerten Bauraum der Diodenlaseranordnung 1 führt.
In 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der Diodenlaseranordnung 1 in einer perspektivischen Schrägansicht schematisch dargestellt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Die Diodenlaseranordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 weist zwei Wärmeabführeinrichtungen 5 auf. Eine erste Wärmeabführeinrichtung 5' der zwei Wärmeabführeinrichtungen 5 ist an der ersten Seite 41 der Diodenlasereinrichtung 3 angeordnet, wobei eine zweite Wärmeabführeinrichtung 5" der zwei Wärmeabführeinrichtungen 5 an der zweiten Seite 43 der Diodenlasereinrichtung 3 angeordnet ist. Die erste Wärmeabführeinrichtung 5' weist einen Wärmespreizer 27 auf, wobei die zweite Wärmeabführeinrichtung 5" einen weiteren Wärmespreizer 27' aufweist. Gemäß 4 ist also die Diodenlasereinrichtung 3 zwischen dem Wärmespreizer 27 und dem weiteren Wärmespreizer 27' angeordnet.
Der Wärmespreizer 27 weist einen ersten Stirnflächenabschnitt 15' auf, welcher bündig an die Emissionsfläche 9 an der unteren Kante 12 der Diodenlasereinrichtung 3 angrenzt. An den ersten Stirnflächenabschnitt 15' schließt sich bündig ein zweiter Stirnflächenabschnitt 19' an, welcher an einer der Diodenlasereinrichtung 3 abgewandten Seite des ersten Stirnflächenabschnitts 15' angeordnet ist. Der weitere Wärmespreizer 27' ist analog ausgebildet. Er weist einen weiteren ersten Stirnflächenabschnitt 15"" auf, welcher bündig an die Emissionsfläche 9 an einer oberen Kante 57 der Diodenlasereinrichtung 3 angrenzt. Die obere Kante 57 der Diodenlasereinrichtung 3 entspricht hier einem - aus Sicht des Betrachters gesehen - oberen Rand der Emissionsfläche 9. An den weiteren ersten Stirnflächenabschnitt 15"" schließt sich bündig ein weiterer zweiter Stirnflächenabschnitt 19"' an, welcher an einer der Diodenlasereinrichtung 3 abgewandten Seite des weiteren ersten Stirnflächenabschnitts 15"" angeordnet ist.
Die Diodenlasereinrichtung 3 ist im Bereich der Emissionsfläche 9 gegenüber einem vordersten Ende 33 des Wärmespreizers 27 und gegenüber einem vordersten Ende 33' des weiteren Wärmespreizers 27' zurückgesetzt angeordnet.
Insgesamt zeigt sich, dass mittels der Diodenlaseranordnung 1 eine Behinderung der Emission des Laserstrahls durch die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung 5 vermieden wird, wobei gleichzeitig eine effektive Ableitung der Verlustwärme der Diodenlasereinrichtüng 3 insbesondere im Bereich der Emissionsseite 10 sichergestellt ist.

Claims

Diodenlaseranordnung (1), mit - einer Diodenlasereinrichtung (3), und - mindestens einer Wärmeabführeinrichtung (5,5',5"), wobei - die Diodenlasereinrichtung (3) zumindest bereichsweise an der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung (5,5',5") angeordnet ist, wobei - die Diodenlasereinrichtung (3) eingerichtet ist, um über eine Emissionsfläche (9) einen Laserstrahl zu emittieren, wobei - die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung (5,5',5") eingerichtet ist, um Wärme von der Diodenlasereinrichtung (3) abzuführen, und wobei - die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung (5,5',5") zumindest an einer Vorderseite (13), welche auf derselben Seite der Diodenlaseranordnung (1) liegt wie die Emissionsfläche (9), mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt (15,15',15",15"',15"") aufweist, welcher bezüglich der Emissionsfläche (9) schräg ausgerichtet ist.
Diodenlaseranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel zwischen einer Flächennormalen des mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitts (15,15',15",15"',15"") und einer Flächennormalen der Emissionsfläche (9) größer als 0 Grad und kleiner als 90 Grad ist.
Diodenlaseranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Flächennormalen des mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitts (15,15',15",15'",15"") und der Flächennormalen der Emissionsfläche (9) mindestens 40 Grad und höchstens 60 Grad beträgt.
Diodenlaseranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diodenlasereinrichtung (3) im Bereich der Emissionsfläche (9) gegenüber einem vordersten Ende (17,17') der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung (5,5',5") zurückgesetzt angeordnet ist.
Diodenlaseranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung (5,5',5") an der Vorderseite (13) mindestens einen zweiten Stirnflächenabschnitt (19,19',19",19'") aufweist, welcher parallel zu der Emissionsfläche (9) ausgerichtet ist.
Diodenlaseranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt (15,15',15",15"',15"") und/oder der mindestens eine zweite Stirnflächenabschnitt (19,19',19",19''') bündig an die Emissionsfläche (9) angrenzen/angrenzt.
Diodenlaseranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung (5,5',5") einen dem mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt (15,15',15",15"',15"") entsprechenden seitlich zumindest abschnittsweise umlaufenden Schrägflächenabschnitt aufweist.
Diodenlaseranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung (5,5',5") zumindest abschnittsweise ein Material mit einem Diamantanteil aufweist oder aus einem Material mit einem Diamantanteil besteht.
Diodenlaseranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung (5,5',5") einen Wärmespreizer (27,27') und/oder eine Wärmesenke (29,29') aufweist.
Diodenlaseranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespreizer (27,27') und/oder die Wärmesenke (29,29') jeweils den mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt (15,15',15",15"',15"") und/oder den mindestens einen zweiten Stirnflächenabschnitt (19,19',19",19'") aufweisen/aufweist.
Diodenlaseranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung (5,5',5") einen Wärmespreizer (27,27') und eine Wärmesenke (29,29') aufweist, wobei die Diodenlasereinrichtung (3) im Bereich der Emissionsfläche (9) gegenüber einem vordersten Ende (33,33') des Wärmespreizers (27,27') zurückgesetzt angeordnet ist, wobei der Wärmespreizer (27,27') an dem vordersten Ende (33,33') gegenüber einem vordersten Ende (35) der Wärmesenke (29,29') zurückgesetzt angeordnet ist.
Diodenlaseranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Stirnflächenabschnitt (15,15',15",15"',15"") des Wärmespreizers (27,27') und/oder der mindestens eine zweite Stirnflächenabschnitt (19,19',19",19"') des Wärmespreizers (27,27') bündig an den mindestens einen ersten Stirnflächenabschnitt (15,15',15",15'",15"") der Wärmesenke (29,29') und/oder den mindestens einen zweiten Stirnflächenabschnitt (19,19',19",19"') der Wärmesenke (29,29') angrenzen/angrenzt.
Diodenlaseranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung zwischen der Diodenlasereinrichtung (3) und der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung (5,5',5") und/oder zwischen dem Wärmespreizer (27,27') und der Wärmesenke (29,29') der mindestens einen Wärmeabführeinrichtung (5,5',5") mittels Löten, Kleben, Verkämmen, Verklemmen oder Sintern hergestellt ist.
Diodenlaseranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wärmeabführeinrichtung (5,5',5") eingerichtet ist, um die Diodenlasereinrichtung (3) elektrisch zu kontaktieren.
Diodenlaseranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Wärmeabführeinrichtungen (5), wobei eine erste Wärmeabführeinrichtung (5') der zwei Wärmeabführeinrichtungen (5) an einer ersten Seite (41) der Diodenlasereinrichtung (3) angeordnet ist, und wobei eine zweite Wärmeabführeinrichtung (5") der zwei Wärmeabführeinrichtungen (5) an einer der ersten Seite (41) entgegengesetzt liegenden zweiten Seite (43) der Diodenlasereinrichtung (3) angeordnet ist.