DE102022112076A1

DE102022112076A1 - Laser diode device and operating method for a laser diode device

Info

Publication number: DE102022112076A1
Application number: DE102022112076.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Boenigk
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2022-05-13
Filing date: 2022-05-13
Publication date: 2023-11-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserdiodeneinrichtung (1) mit mindestens einer Laserdiode (10) zur Erzeugung von Laserstrahlung (L) aufweist, und mindestens einen Heizstrahler (11) umfasst, der dazu ausgelegt ist, die mindestens eine Laserdiode (10) in Abhängigkeit von einer Temperatur der mindestens einen Laserdiode (10) oder einer Wellenlänge der erzeugten Laserstrahlung (L) mit elektromagnetischer Strahlung (H) zu beaufschlagen. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Laserdiodeneinrichtung (1) mit mindestens einer Laserdiode (10) zum Erzeugen von Laserstrahlung (L), wobei die mindestens eine Laserdiode (10) vor ihrem Laserbetrieb mit Hilfe mindestens eines Heizstrahlers (11) auf eine gewünschte Temperatur erwärmt wird und während des Lasertriebs der mindestens einen Laserdiode (10) eine Strahlungsleistung des mindestens einen Heizstrahlers (11) in Abhängigkeit von einer Temperatur der mindestens einer Laserdiode (10) oder in Abhängigkeit von einer Wellenlänge der von der mindestens einen Laserdiode (10) erzeugten Laserstrahlung (L) eingestellt oder geregelt wird.The invention relates to a laser diode device (1) having at least one laser diode (10) for generating laser radiation (L), and comprising at least one radiant heater (11) which is designed to heat the at least one laser diode (10) depending on a temperature to apply electromagnetic radiation (H) to the at least one laser diode (10) or a wavelength of the generated laser radiation (L). The invention also relates to a method for operating a laser diode device (1) with at least one laser diode (10) for generating laser radiation (L), wherein the at least one laser diode (10) is set to a desired level before its laser operation with the aid of at least one radiant heater (11). Temperature is heated and during the laser driving of the at least one laser diode (10) a radiation power of the at least one radiant heater (11) depending on a temperature of the at least one laser diode (10) or depending on a wavelength of the at least one laser diode (10) generated laser radiation (L) is adjusted or regulated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laserdiodeneinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Laserdiodeneinrichtung. Eine Laserdiodeneinrichtung kann beispielsweise in Displays, insbesondere in holografischen Displays, oder in LIDAR-Systemen verwendet werden, wobei die Abkürzung LIDAR für „Light detection and ranging“ steht.The invention relates to a laser diode device and a method for operating a laser diode device. A laser diode device can be used, for example, in displays, especially in holographic displays, or in LIDAR systems, where the abbreviation LIDAR stands for “light detection and ranging”.

Für den Einsatz der Laserdiodeneinrichtung in einem Display, ist es erforderlich, dass die Wellenlänge der emittierten Laserstrahlung beispielsweise auch bei einer geänderten Umgebungstemperatur oder Betriebstemperatur stabil ist.For the use of the laser diode device in a display, it is necessary that the wavelength of the emitted laser radiation is stable, for example even when the ambient temperature or operating temperature changes.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Laserdiodeneinrichtung bereitzustellen, die eine Stabilisierung der Wellenlänge der emittierten Laserstrahlung, insbesondere bei Temperaturschwankungen ermöglicht, und ein entsprechendes Betriebsverfahren für eine Laserdiodeneinrichtung anzugeben.It is the object of the invention to provide a laser diode device which enables the wavelength of the emitted laser radiation to be stabilized, in particular in the event of temperature fluctuations, and to specify a corresponding operating method for a laser diode device.

Diese Aufgabe wird durch eine Laserdiodeneinrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 bzw. durch ein Betriebsverfahren gemäß dem Patentanspruch 11 gelöst.This object is achieved by a laser diode device according to patent claim 1 or by an operating method according to patent claim 11.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen offenbart.Advantageous embodiments of the invention are disclosed in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Laserdiodeneinrichtung besitzt mindestens eine Laserdiode zur Erzeugung von Laserstrahlung und umfasst einen Heizstrahler, der dazu ausgelegt ist, die mindestens eine Laserdiode in Abhängigkeit von einer Temperatur der mindestens einen Laserdiode oder in Abhängigkeit von einer Wellenlänge der erzeugten Laserstrahlung mit elektromagnetischer Strahlung zu beaufschlagen.The laser diode device according to the invention has at least one laser diode for generating laser radiation and comprises a radiant heater which is designed to apply electromagnetic radiation to the at least one laser diode depending on a temperature of the at least one laser diode or depending on a wavelength of the laser radiation generated.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Laserdiodeneinrichtung, die mindestens eine Laserdiode zum Erzeugen von Laserstrahlung aufweist, sieht vor, dass die mindestens eine Laserdiode vor ihrem Laserbetrieb mit Hilfe mindestens eines Heizstrahlers auf eine gewünschte Temperatur erwärmt wird und während des Lasertriebs der mindestens einen Laserdiode eine Strahlungsleistung des mindestens einen Heizstrahlers in Abhängigkeit von einer Temperatur der mindestens einen Laserdiode oder in Abhängigkeit von einer Wellenlänge der von der mindestens einen Laserdiode erzeugten Laserstrahlung eingestellt oder geregelt wird. Dadurch kann die mindestens eine Laserdiode auf einer gewünschten Betriebstemperatur gehalten werden und es können durch Temperaturschwankungen bedingte Änderungen der Wellenlänge der von der mindestens einen Laserdiode erzeugten Laserstrahlung vermieden werden.The method according to the invention for operating a laser diode device which has at least one laser diode for generating laser radiation provides that the at least one laser diode is heated to a desired temperature with the aid of at least one radiant heater before its laser operation and a radiation output during the laser driving of the at least one laser diode of the at least one radiant heater is adjusted or regulated as a function of a temperature of the at least one laser diode or as a function of a wavelength of the laser radiation generated by the at least one laser diode. As a result, the at least one laser diode can be kept at a desired operating temperature and changes in the wavelength of the laser radiation generated by the at least one laser diode caused by temperature fluctuations can be avoided.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine Laserdiode der erfindungsgemäßen Laserdiodeneinrichtung für einen Pulsbetrieb ausgelegt. Das ist beispielsweise vorteilhaft bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Laserdiodeneinrichtung zur Erzeugung und Steuerung der Farbe und Helligkeit von Bildpunkten in einem Display.According to one exemplary embodiment, the at least one laser diode of the laser diode device according to the invention is designed for pulse operation. This is advantageous, for example, when using the laser diode device according to the invention to generate and control the color and brightness of pixels in a display.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine Heizstrahler für einen Pulsbetrieb ausgelegt. Dadurch kann beispielsweise die vom Heizstrahler abgegebene Strahlungsleistung besser dosiert werden.According to a further exemplary embodiment, the at least one radiant heater is designed for pulse operation. This allows, for example, the radiation power emitted by the radiant heater to be better dosed.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst der mindestens eine Heizstrahler mindestens eine Leuchtdiode oder Laserdiode, die Infrarotstrahlung erzeugt. Dadurch wird eine lokale Begrenzung der Aufheizung durch eine gerichtete Abstrahlung der Infrarotstrahlung auf den Halbleiterchipchip der mindestens einen Laserdiode ermöglicht.According to a further exemplary embodiment, the at least one radiant heater comprises at least one light-emitting diode or laser diode that generates infrared radiation. This enables a local limitation of the heating by directed radiation of the infrared radiation onto the semiconductor chip chip of the at least one laser diode.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Laserdiodeneinrichtung ein gemeinsames Gehäuse für die mindestens eine Laserdiode und den mindestens einen Heizstrahler auf. Dadurch wird eine räumlich kompakte Anordnung ermöglicht.According to a further exemplary embodiment, the laser diode device has a common housing for the at least one laser diode and the at least one radiant heater. This enables a spatially compact arrangement.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel besitzt die Laserdiodeneinrichtung eine Wärmesenke, auf der die mindestens eine Laserdiode angeordnet ist. Der Halbleiterchip der Laserdiode besitzt eine endliche thermische Kopplung zur Wärmesenke. Die Wärmesenke ermöglicht eine Abführung der Wärme von der mindestens einen Laserdiode.According to a further exemplary embodiment, the laser diode device has a heat sink on which the at least one laser diode is arranged. The semiconductor chip of the laser diode has a finite thermal coupling to the heat sink. The heat sink enables the heat to be dissipated from the at least one laser diode.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein thermoelektrischer Wandler, insbesondere ein Peltier-Element, zur Kühlung oder Aufheizung der Wärmesenke vorgesehen. Dadurch kann die Temperatur der Wärmesenke auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.According to a further exemplary embodiment, a thermoelectric converter, in particular a Peltier element, is provided for cooling or heating the heat sink. This allows the temperature of the heat sink to be set to a desired value.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Temperatursensor zur Messung der Temperatur der Wärmesenke vorgesehen.According to a further exemplary embodiment, a temperature sensor is provided for measuring the temperature of the heat sink.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Filter vorgesehen, das im Wesentlichen undurchlässig für die von dem mindestens einen Heizstrahler erzeugte elektromagnetische Strahlung ist. Dadurch kann vermieden werden, dass die von der Laserdiodeneinrichtung emittierte Laserstrahlung von der elektromagnetischen Strahlung des Heizstrahlers überlagert wird.According to a further exemplary embodiment, a filter is provided which is essentially impermeable to the electromagnetic radiation generated by the at least one radiant heater. This can prevent the laser radiation emitted by the laser diode device from being superimposed by the electromagnetic radiation from the radiant heater.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Fotoelement zur Messung einer Wellenlänge der von der mindestens einen Laserdiode emittierten Laserstrahlung vorgesehen.According to a further exemplary embodiment, a photo element is used to measure a wavelength the laser radiation emitted by the at least one laser diode is provided.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Pulsbetrieb der mindestens einen Laserdiode vorgesehen.According to an exemplary embodiment of the method according to the invention, pulse operation of the at least one laser diode is provided.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Halbleiterchip der mindestens eine Laserdiode vor jedem Laserimpuls mit Hilfe des mindestens einen Heizstrahlers vorgeheizt und während des Laserimpulses die Strahlungsleistung des mindestens einen Heizstrahlers in Abhängigkeit von einer Temperatur der mindestens einen Laserdiode oder in Abhängigkeit von einer Wellenlänge der von der mindestens einen Laserdiode erzeugten Laserstrahlung eingestellt oder geregelt.According to a further exemplary embodiment of the method according to the invention, the semiconductor chip of the at least one laser diode is preheated before each laser pulse with the aid of the at least one radiant heater and during the laser pulse the radiation power of the at least one radiant heater depends on a temperature of the at least one laser diode or as a function of a wavelength of the Laser radiation generated by the at least one laser diode is set or regulated.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Flussspannung der mindestens einen Laserdiode oder eine dazu proportionale physikalische Größe über die Strahlungsleistung des mindestens einen Heizstrahlers auf ein gewünschtes Niveau eingestellt oder geregelt. According to a further exemplary embodiment of the method according to the invention, a forward voltage of the at least one laser diode or a physical quantity proportional thereto is set or regulated to a desired level via the radiation power of the at least one radiant heater.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Wärmesenke zur Stabilisierung einer Temperatur der mindestens einen Laserdiode vorgesehen. Hierbei kann gemäß einer weiteren Ausführungsform die Wärmesenke mit Hilfe eines thermoelektrischen Wandlers gekühlt oder geheizt werden.According to a further exemplary embodiment of the method according to the invention, a heat sink is provided for stabilizing a temperature of the at least one laser diode. According to a further embodiment, the heat sink can be cooled or heated using a thermoelectric converter.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die mindestens eine Laserdiode sowie die mit ihr verbundene Wärmesenke auf eine Temperatur, Basistemperatur genannt, stabilisiert, welche unterhalb der notwendigen Arbeitstemperatur für die abzustrahlende Wellenlänge der mindestens einen Laserdiode liegt.According to a further exemplary embodiment of the method according to the invention, the at least one laser diode and the heat sink connected to it are stabilized at a temperature, called base temperature, which is below the necessary working temperature for the wavelength to be emitted by the at least one laser diode.

Der Halbleiterchip der mindestens eine Laserdiode wird vor ihrem Laserbetrieb mit Hilfe mindestens einem Heizstrahler auf die durch die gewünschte Wellenlänge festgelegte Arbeitstemperatur erwärmt. Während des Lasertriebs der mindestens einen Laserdiode erfolgt entsprechend der Verlustleistung des Halbleiterchips der mindestens einen Laserdiode eine Strahlungsreduktion des mindestens einen Heizstrahlers. Die erforderliche Strahlungsreduktion des mindestens einen Heizstrahlers erfolgt mittels einem Stelleingriff oder einer Regelung auf die Temperatur des Halbleiterchips der mindestens einen Laserdiode oder in Abhängigkeit von einer Wellenlänge der von der mindestens einen Laserdiode erzeugten Laserstrahlung oder einer anderen abhängigen physikalischen Größe der mindestens einen Laserdiode. Die Reduktion der Heizleitung entspricht im Wesentlichen der durch den Halbleiterchip der mindestens einen Laserdiode eingetragenen Wärmemenge.Before its laser operation, the semiconductor chip of the at least one laser diode is heated to the working temperature determined by the desired wavelength using at least one radiant heater. During the laser drive of the at least one laser diode, radiation from the at least one radiant heater is reduced in accordance with the power loss of the semiconductor chip of the at least one laser diode. The required radiation reduction from the at least one radiant heater is carried out by means of an adjustment or control on the temperature of the semiconductor chip of the at least one laser diode or depending on a wavelength of the laser radiation generated by the at least one laser diode or another dependent physical quantity of the at least one laser diode. The reduction in the heating line essentially corresponds to the amount of heat introduced by the semiconductor chip of the at least one laser diode.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zu Beginn des Betriebs der mindestens einen Laserdiode ein aktueller Flussspannungswert des sich auf Arbeitstemperatur befindlichen Halbleiterchips der Laserdiode ermittelt und als Sollwert für einen Stelleingriff oder Regeleingriff verwendet. Hierdurch können beispielsweise Alterungserscheinungen der mindestens einen Laserdiode kompensiert werden.According to a further exemplary embodiment of the method according to the invention, at the beginning of operation of the at least one laser diode, a current forward voltage value of the semiconductor chip of the laser diode, which is at working temperature, is determined and used as a setpoint for an adjustment or control intervention. In this way, for example, signs of aging of the at least one laser diode can be compensated for.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Kalibrierung der Laserdiodeneinrichtung durchgeführt, und während der Kalibrierung wird eine Soll-Arbeitstemperatur des Halbleiterchips der mindestens einen Laserdiode ermittelt, die zur Erzielung einer gewünschten Wellenlänge der von der mindestens einen Laserdiode emittierten Laserstrahlung erforderlich ist, und es wird eine Strahlungsleistung des mindestens einen Heizstrahlers zum Erreichen der Soll-Arbeitstemperatur ermittelt.According to a further exemplary embodiment of the method according to the invention, a calibration of the laser diode device is carried out, and during the calibration a target working temperature of the semiconductor chip of the at least one laser diode, which is required to achieve a desired wavelength of the laser radiation emitted by the at least one laser diode, is determined, and it A radiation output of the at least one radiant heater is determined to reach the target working temperature.

Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDescription of preferred embodiments

Nachstehend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using preferred exemplary embodiments.

FigurenbeschreibungCharacter description

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Laserdiodeneinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
2 eine schematische Darstellung einer Laserdiodeneinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
3 eine schematische Darstellung einer Laserdiodeneinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung
4 eine schematische Darstellung einer Laserdiodeneinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung
5 eine schematische Darstellung einiger Phasen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens

Show it:

1 a schematic representation of a laser diode device according to the first exemplary embodiment of the invention
2 a schematic representation of a laser diode device according to the second exemplary embodiment of the invention
3 a schematic representation of a laser diode device according to the third exemplary embodiment of the invention
4 a schematic representation of a laser diode device according to the fourth embodiment of the invention
5 a schematic representation of some phases of a preferred embodiment of the operating method according to the invention

1 zeigt schematisch den Aufbau einer Laserdiodeneinrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Laserdiodeneinrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist mindestens eine Laserdiode 10, eine während ihres Betriebs Infrarotstrahlung H erzeugende Leuchtdiode 11, einen Träger 12, einen Temperatursensor 13 und einen thermoelektrischen Wandler 14 auf, der als Peltierelement ausgebildet ist. Die mindestens eine Laserdiode 10 umfasst einen aus Halbleiterschichten aufgebauten Laserchip, der auch als Halbleiterchip bezeichnet wird und der auf dem Träger 12 angeordnet ist und während des Betriebs beispielsweise blaues Laserlicht L erzeugt. Der Träger 12 ist als Wärmesenke ausgebildet und umfasst eine Kupferplatte 121, die thermisch an das Peltierelement 14 gekoppelt ist. Der Temperatursensor 13 ist in den Träger 12 integriert bzw. in einer Aussparung des Trägers 12 angeordnet und dient zur Erfassung einer Temperatur des Trägers 12. Mit Hilfe des Peltierelements 14 kann die Temperatur des Trägers 12 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Die während ihres Betriebs Infrarotstrahlung erzeugende Leuchtdiode 11, die nachstehend auch als IR-LED 11 bezeichnet wird, dient zur lokalen Aufheizung der Laserdiode 10 bzw. des Laserchips. Sowohl die IR-LED 11 als auch die Laserdiode 10 sind für einen Pulsbetrieb ausgelegt. Vorzugsweise sind auf dem Träger 12 mehrere Laserdioden 10 angeordnet. Insbesondere ist auf dem Träger 12 mindestens eine Laserdiode 10r, die während ihres Betriebs rotes Laserlicht erzeugt, mindestens eine Laserdiode 10g, die während ihres Betriebs grünes Laserlicht erzeugt, und mindestens eine Laserdiode 10b, die während ihres Betriebs blaues Laserlicht erzeugt, angeordnet. Dadurch kann mittels der Laserdiodeneinrichtung 1 mehrfarbiges Licht und insbesondere auch weißes Licht durch Überlagerung des Laserlichts der unterschiedlichen Laserdioden 10r, 10g und 10b erzeugt werden. Außerdem sind vorzugweise mehrere IR-LEDs 11 vorgesehen, die eine lokale Bestrahlung und separate Aufheizung der Halbleiterchips der Laserdioden 10r, 10g und 10b unabhängig voneinander ermöglichen. 1 shows schematically the structure of a laser diode device 1 according to the first exemplary embodiment of the invention. The laser diode device 1 according to the first exemplary embodiment of the invention has at least one laser diode 10, a light-emitting diode 11 which generates infrared radiation H during its operation, and a carrier 12 Temperature sensor 13 and a thermoelectric converter 14, which is designed as a Peltier element. The at least one laser diode 10 comprises a laser chip made up of semiconductor layers, which is also referred to as a semiconductor chip and which is arranged on the carrier 12 and generates, for example, blue laser light L during operation. The carrier 12 is designed as a heat sink and includes a copper plate 121 which is thermally coupled to the Peltier element 14. The temperature sensor 13 is integrated into the carrier 12 or arranged in a recess in the carrier 12 and is used to detect a temperature of the carrier 12. With the help of the Peltier element 14, the temperature of the carrier 12 can be set to a desired value. The light-emitting diode 11, which generates infrared radiation during its operation and is also referred to below as IR-LED 11, serves to locally heat the laser diode 10 or the laser chip. Both the IR LED 11 and the laser diode 10 are designed for pulse operation. Preferably, several laser diodes 10 are arranged on the carrier 12. In particular, at least one laser diode 10r, which generates red laser light during its operation, at least one laser diode 10g, which generates green laser light during its operation, and at least one laser diode 10b, which generates blue laser light during its operation, are arranged on the carrier 12. As a result, multicolored light and in particular white light can be generated by means of the laser diode device 1 by superimposing the laser light from the different laser diodes 10r, 10g and 10b. In addition, several IR LEDs 11 are preferably provided, which enable local irradiation and separate heating of the semiconductor chips of the laser diodes 10r, 10g and 10b independently of one another.

In 2 ist schematisch der Aufbau einer Laserdiodeneinrichtung 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Laserdiodeneinrichtung 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist mindestens eine Laserdiode 20, eine während ihres Betriebs Infrarotstrahlung H erzeugende Leuchtdiode 21, einen Träger 22, einen Temperatursensor 23 und einen thermoelektrischen Wandler 24 auf, der als Peltierelement ausgebildet ist. Die mindestens eine Laserdiode 20 umfasst einen aus Halbleiterschichten aufgebauten Laserchip, der auf dem Träger 22 angeordnet ist und während des Betriebs beispielsweise blaues Laserlicht L erzeugt. Der Träger 22 ist als Wärmesenke ausgebildet und umfasst eine Kupferplatte 221, die thermisch an das Peltierelement 24 gekoppelt ist. Der Temperatursensor 23 ist in den Träger 22 integriert bzw. in einer Aussparung des Trägers 22 angeordnet und dient zur Erfassung einer Temperatur des Trägers 22. Mit Hilfe des Peltierelements 24 kann die Temperatur des Trägers 22 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Die während ihres Betriebs Infrarotstrahlung erzeugende Leuchtdiode 21, die nachstehend auch als IR-LED 21 bezeichnet wird, dient zur lokalen Aufheizung der Laserdiode 20 bzw. des Laserchips. Die IR-LED 21 ist ebenfalls auf dem Träger 22 angeordnet. Sowohl die IR-LED 21 als auch die Laserdiode 20 sind für einen Pulsbetrieb ausgelegt. Vorzugsweise sind auf dem Träger 22 mehrere Laserdioden 20 angeordnet. Insbesondere ist auf dem Träger 22 mindestens eine Laserdiode 20r, die während ihres Betriebs rotes Laserlicht erzeugt, mindestens eine Laserdiode 20g, die während ihres Betriebs grünes Laserlicht erzeugt, und mindestens eine Laserdiode 20b, die während ihres Betriebs blaues Laserlicht erzeugt, angeordnet. Dadurch kann mittels der Laserdiodeneinrichtung 2 mehrfarbiges Licht und insbesondere auch weißes Licht durch Überlagerung des Laserlichts der unterschiedlichen Laserdioden 20r, 20g und 20b erzeugt werden. Außerdem sind vorzugweise mehrere IR-LEDs 21 vorgesehen, die eine lokale Bestrahlung und separate Aufheizung der Laserdioden 20r, 20g und 20b unabhängig voneinander ermöglichen.In 2 The structure of a laser diode device 2 according to the second exemplary embodiment of the invention is shown schematically. The laser diode device 2 according to the second exemplary embodiment of the invention has at least one laser diode 20, a light-emitting diode 21 which generates infrared radiation H during its operation, a carrier 22, a temperature sensor 23 and a thermoelectric converter 24, which is designed as a Peltier element. The at least one laser diode 20 comprises a laser chip made up of semiconductor layers, which is arranged on the carrier 22 and generates, for example, blue laser light L during operation. The carrier 22 is designed as a heat sink and includes a copper plate 221 which is thermally coupled to the Peltier element 24. The temperature sensor 23 is integrated into the carrier 22 or arranged in a recess in the carrier 22 and is used to detect a temperature of the carrier 22. With the help of the Peltier element 24, the temperature of the carrier 22 can be set to a desired value. The light-emitting diode 21, which generates infrared radiation during its operation and is also referred to below as IR-LED 21, serves to locally heat the laser diode 20 or the laser chip. The IR LED 21 is also arranged on the carrier 22. Both the IR LED 21 and the laser diode 20 are designed for pulse operation. Preferably, several laser diodes 20 are arranged on the carrier 22. In particular, at least one laser diode 20r, which generates red laser light during its operation, at least one laser diode 20g, which generates green laser light during its operation, and at least one laser diode 20b, which generates blue laser light during its operation, are arranged on the carrier 22. As a result, multicolored light and in particular white light can be generated by means of the laser diode device 2 by superimposing the laser light from the different laser diodes 20r, 20g and 20b. In addition, several IR LEDs 21 are preferably provided, which enable local irradiation and separate heating of the laser diodes 20r, 20g and 20b independently of one another.

3 zeigt schematisch den Aufbau einer Laserdiodeneinrichtung 3 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Laserdiodeneinrichtung 3 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine Laserdiode 30, eine während ihres Betriebs Infrarotstrahlung H erzeugende Leuchtdiode 31, einen Träger 32, ein Gehäuse 35 mit einem Fenster 36 und Stromzuführungsdrähte 38 sowie ein Filter 37 für Infrarotstrahlung auf. Die Laserdiode 30 umfasst einen aus Halbleiterschichten aufgebauten Laserchip, der auf dem Träger 32 angeordnet ist und während des Betriebs beispielsweise blaues Laserlicht L erzeugt. Der Träger 32 ist als Wärmesenke ausgebildet und umfasst eine Kupferplatte (nicht abgebildet), die thermisch an ein Peltierelement (nicht abgebildet) gekoppelt ist. Ein Temperatursensor (nicht abgebildet) ist in den Träger 32 integriert bzw. in einer Aussparung des Trägers 32 angeordnet und dient zur Erfassung einer Temperatur des Trägers 32. Mit Hilfe des Peltierelements kann die Temperatur des Trägers 32 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Die während ihres Betriebs Infrarotstrahlung erzeugende Leuchtdiode 31, die nachstehend auch als IR-LED 31 bezeichnet wird, dient zur lokalen Aufheizung der Laserdiode 30 bzw. des Laserchips. Sowohl die IR-LED 31 als auch die Laserdiode 30 sind für einen Pulsbetrieb ausgelegt. Das Gehäuse 35 dient als gemeinsames Gehäuse 35 für die Laserdiode 30 und die IR-LED 31. Das im Gehäuse 35 angeordnete Fenster 36 ist durchlässig für die von der Laserdiode 30 erzeugte und emittierte Laserstrahlung. Mit Hilfe des Filters 37 kann die von der IR-LED 31 erzeugte und aus dem Fenster 36 austretende Infrarotstrahlung herausgefiltert werden. Das Filter 37 kann auch direkt am Fenster 36 angeordnet sein oder das Fenster 36 kann als Infrarotfilter ausgebildet sein, das von der Laserdiode 30 emittierte Laserstrahlung durchlässt. Die aus dem Gehäuse 35 herausgeführten Stromzuführungsdrähte 38 dienen zur Energieversorgung der Laserdiode 30 und der IR-LED 31. Weitere, nicht abgebildete Stromzuführungsdrähte dienen zur Energieversorgung des Peltierelements (in 3 nicht abgebildet) und des Temperatursensors (in 3 nicht abgebildet). 3 shows schematically the structure of a laser diode device 3 according to the third exemplary embodiment of the invention. The laser diode device 3 according to the third exemplary embodiment of the invention has a laser diode 30, a light-emitting diode 31 which generates infrared radiation H during its operation, a carrier 32, a housing 35 with a window 36 and power supply wires 38 and a filter 37 for infrared radiation. The laser diode 30 comprises a laser chip made up of semiconductor layers, which is arranged on the carrier 32 and generates, for example, blue laser light L during operation. The carrier 32 is designed as a heat sink and includes a copper plate (not shown) that is thermally coupled to a Peltier element (not shown). A temperature sensor (not shown) is integrated into the carrier 32 or arranged in a recess in the carrier 32 and is used to detect a temperature of the carrier 32. With the help of the Peltier element, the temperature of the carrier 32 can be set to a desired value. The light-emitting diode 31, which generates infrared radiation during its operation and is also referred to below as IR-LED 31, serves to locally heat the laser diode 30 or the laser chip. Both the IR LED 31 and the laser diode 30 are designed for pulse operation. The housing 35 serves as a common housing 35 for the laser diode 30 and the IR LED 31. The window 36 arranged in the housing 35 is transparent to the laser radiation generated and emitted by the laser diode 30. With the help of the filter 37, the infrared radiation generated by the IR LED 31 and emerging from the window 36 can be filtered out. The filter 37 can can also be arranged directly on the window 36 or the window 36 can be designed as an infrared filter that allows laser radiation emitted by the laser diode 30 to pass through. The power supply wires 38 led out of the housing 35 serve to supply energy to the laser diode 30 and the IR LED 31. Further power supply wires, not shown, serve to supply energy to the Peltier element (in 3 not shown) and the temperature sensor (in 3 not illustrated).

4 zeigt schematisch den Aufbau einer Laserdiodeneinrichtung 4 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Laserdiodeneinrichtung 4 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine Laserdiode 40, eine während ihres Betriebs Infrarotstrahlung H erzeugende Leuchtdiode 41, einen Träger 42, ein Gehäuse 45 mit einem Fenster 46 und Stromzuführungsdrähte 48 sowie eine Fotodiode 47 auf. Die Laserdiode 40 umfasst einen aus Halbleiterschichten aufgebauten Laserchip 400, der auf dem Träger 42 angeordnet ist und während des Betriebs beispielsweise blaues Laserlicht L erzeugt. Der Träger 42 ist als Wärmesenke ausgebildet und umfasst eine Kupferplatte (in 4 nicht abgebildet), die thermisch an ein Peltierelement (in 4 nicht abgebildet) gekoppelt ist. Ein Temperatursensor (in 4 nicht abgebildet) ist in den Träger 42 integriert bzw. in einer Aussparung des Trägers 42 angeordnet und dient zur Erfassung einer Temperatur des Trägers 42. Mit Hilfe des Peltierelements kann die Temperatur des Trägers 42 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Die während ihres Betriebs Infrarotstrahlung erzeugende Leuchtdiode 41, die nachstehend auch als IR-LED 41 bezeichnet wird, dient zur lokalen Aufheizung der Laserdiode 40 bzw. des Laserchips. Sowohl die IR-LED 41 als auch die Laserdiode 30 sind für einen Pulsbetrieb ausgelegt. Das Gehäuse 45 dient als gemeinsames Gehäuse 45 für die Laserdiode 40 und die Fotodiode 47, die zur Überwachung der Wellenlänge der von der Laserdiode 40 erzeugten und emittierten Laserstrahlung L dient. Das im Gehäuse 45 angeordnete Fenster 46 ist durchlässig für die von der Laserdiode 40 erzeugte und emittierte Laserstrahlung. Die aus dem Gehäuse 45 herausgeführten Stromzuführungsdrähte 48 dienen zur Energieversorgung der Laserdiode 40 und zum Anschluss der Fotodiode 47. Weitere, nicht abgebildete Stromzuführungsdrähte dienen zur Energieversorgung des Peltierelements (in 4 nicht abgebildet) und des Temperatursensors (in 4 nicht abgebildet). Die IR-LED 41 ist außerhalb des Gehäuses 45 angeordnet und die von der IR-LED 41 erzeugte Infrarotstrahlung wird durch das Fenster 46 in das Innere des Gehäuses 45 eingestrahlt und auf die Laserdiode 40 gerichtet, um diese lokal aufzuheizen. 4 shows schematically the structure of a laser diode device 4 according to the fourth exemplary embodiment of the invention. The laser diode device 4 according to the fourth exemplary embodiment of the invention has a laser diode 40, a light-emitting diode 41 which generates infrared radiation H during its operation, a carrier 42, a housing 45 with a window 46 and power supply wires 48 and a photodiode 47. The laser diode 40 includes a laser chip 400 made up of semiconductor layers, which is arranged on the carrier 42 and generates, for example, blue laser light L during operation. The carrier 42 is designed as a heat sink and comprises a copper plate (in 4 not shown), which is thermally connected to a Peltier element (in 4 not shown). A temperature sensor (in 4 not shown) is integrated into the carrier 42 or arranged in a recess in the carrier 42 and is used to record a temperature of the carrier 42. With the help of the Peltier element, the temperature of the carrier 42 can be set to a desired value. The light-emitting diode 41, which generates infrared radiation during its operation and is also referred to below as IR-LED 41, serves to locally heat the laser diode 40 or the laser chip. Both the IR LED 41 and the laser diode 30 are designed for pulse operation. The housing 45 serves as a common housing 45 for the laser diode 40 and the photodiode 47, which serves to monitor the wavelength of the laser radiation L generated and emitted by the laser diode 40. The window 46 arranged in the housing 45 is transparent to the laser radiation generated and emitted by the laser diode 40. The power supply wires 48 led out of the housing 45 are used to supply energy to the laser diode 40 and to connect the photodiode 47. Further power supply wires, not shown, are used to supply energy to the Peltier element (in 4 not shown) and the temperature sensor (in 4 not illustrated). The IR LED 41 is arranged outside the housing 45 and the infrared radiation generated by the IR LED 41 is irradiated through the window 46 into the interior of the housing 45 and directed onto the laser diode 40 in order to heat it locally.

Nachfolgend wird ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens mit Hilfe der Laserdiodeneinrichtung gemäß dem in 1 schematisch dargestellten ersten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. In 5 ist der zeitliche Ablauf des Betriebsverfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Während des Betriebs der Laserdiodeneinrichtung 1 wird der Träger 12 mittels der Kupferplatte 121 und des Peltierelements 14 auf einer Temperatur TW gehalten, die beispielsweise der Umgebungstemperatur entsprechen kann oder auch über oder unter der Umgebungstemperatur liegen kann, aber noch unterhalb einer gewünschten Arbeitstemperatur des Halbleiterchips der Laserdiode 10 liegt. Beispielsweise beträgt die Temperatur TW 25° Celsius. Mittels der IR-LED 11 kann der Halbleiterchip der Laserdiode 10 aufgeheizt werden. Sowohl die Laserdiode 10 als auch die IR-LED 11 sind für einen Pulsbetrieb ausgelegt. Unmittelbar vor jedem Laserimpuls wird die IR-LED 11 mit einem Stromimpuls beaufschlagt, um den Halbleiterchip der Laserdiode 10 mittels der von der IR-LED 11 erzeugten Infrarotstrahlung bereits vor Beginn des Laserimpulses auf die gewünschte Arbeitstemperatur, die auch als Soll-Arbeitstemperatur bezeichnet wird und beispielsweise 40° Celsius beträgt, aufzuheizen. Zusätzlich kann der Halbleiterchip der Laserdiode 10 auch während der Dauer eines Laserimpulses mittels der IR-LED 11 bestrahlt und geheizt werden, um die Temperatur des Halbleiterchips der Laserdiode 10 insbesondere auch während der Dauer eines Laserimpulses auf dem Niveau der Soll-Arbeitstemperatur zu halten, so dass die Wellenlänge der von der Laserdiode 10 erzeugten Laserstrahlung L auch während der Dauer des Laserimpulses unverändert bleibt. Gemäß der schematischen Darstellung des Betriebsverfahrens in 5 werden drei Phasen I, II und III unterschieden. Während der gesamten Dauer der drei Phasen I, II und III wird die Temperatur des Trägers 12 mit Hilfe der Kupferplatte 121 und des Peltierelements 14 auf der Temperatur TW gehalten, die der Umgebungstemperatur entsprechen oder über oder unter der Umgebungstemperatur liegen kann und beispielsweise 25° Celsius betragen kann. In jeder Phase I wird jeweils nur die IR-LED 11 mit Strom beaufschlagt, um den Halbleiterchip der Laserdiode 10 vor dem Beginn des Laserbetriebs auf die Soll-Arbeitstemperatur von beispielsweise 40° Celsius aufzuheizen. In jeder Phase II, die sich unmittelbar an eine Phase I anschließt, wird jeweils die Laserdiode 10 mit einem Stromimpuls beaufschlagt, so dass Laserstrahlung erzeugt wird, und der Strom durch die IR-LED 11 wird in jeder Phase II derart eingestellt oder geregelt, dass die Temperatur des Halbleiterchips der Laserdiode 10 während der Dauer des Laserimpulses möglichst konstant auf der Soll-Arbeitstemperatur verbleibt. In jeder Phase III, die sich unmittelbar an eine Phase II anschließt, sind sowohl die Laserdiode 10 als auch die IR-LED 11 stromlos und es erfolgt eine Abkühlung des Halbleiterchips der Laserdiode 10 auf das Niveau der Temperatur TW. Die Dauer der Phasen II liegt beispielsweise im Bereich von 1 µs bis 10 µs und der Duty Cycle der Laserdiode 10, das heißt der Quotient der Dauer von Phase II zur Summe der Dauer von Phase III und Phase I, liegt beispielsweise im Bereich 0,1% bis 30%. Nachstehend werden die drei Phasen I, II, III noch etwas näher anhand der Darstellung in 5 erläutert. In 5 ist ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf des Stroms IL durch die Laserdiode 10 und des Stroms IH durch die IR-LED 11 sowie der zeitliche Verlauf der Temperatur TL des Halbleiterchips der Laserdiode 10 und der zeitliche Verlauf der Temperatur TW des Trägers 12 bzw. der Kupferplatte 121 schematisch dargestellt. Below is a first exemplary embodiment of the operating method according to the invention using the laser diode device according to in 1 schematically illustrated first exemplary embodiment described in more detail. In 5 the timing of the operating method according to the first exemplary embodiment is shown schematically. During operation of the laser diode device 1, the carrier 12 is kept at a temperature TW by means of the copper plate 121 and the Peltier element 14, which can, for example, correspond to the ambient temperature or can also be above or below the ambient temperature, but still below a desired working temperature of the semiconductor chip of the laser diode 10 lies. For example, the temperature TW is 25° Celsius. The semiconductor chip of the laser diode 10 can be heated using the IR LED 11. Both the laser diode 10 and the IR LED 11 are designed for pulse operation. Immediately before each laser pulse, the IR LED 11 is supplied with a current pulse in order to bring the semiconductor chip of the laser diode 10 to the desired working temperature, which is also referred to as the target working temperature, by means of the infrared radiation generated by the IR LED 11 before the laser pulse begins For example, it is 40° Celsius. In addition, the semiconductor chip of the laser diode 10 can also be irradiated and heated by means of the IR LED 11 during the duration of a laser pulse in order to keep the temperature of the semiconductor chip of the laser diode 10 at the level of the target working temperature, especially during the duration of a laser pulse, so that the wavelength of the laser radiation L generated by the laser diode 10 also remains unchanged during the duration of the laser pulse. According to the schematic representation of the operating procedure in 5 A distinction is made between three phases I, II and III. During the entire duration of the three phases I, II and III, the temperature of the carrier 12 is maintained at the temperature TW with the help of the copper plate 121 and the Peltier element 14, which can correspond to the ambient temperature or be above or below the ambient temperature and, for example, 25 ° Celsius can be. In each phase I, only the IR LED 11 is supplied with current in order to heat the semiconductor chip of the laser diode 10 to the target working temperature of, for example, 40 ° Celsius before the laser operation begins. In each phase II, which immediately follows a phase I, the laser diode 10 is supplied with a current pulse so that laser radiation is generated, and the current through the IR LED 11 is set or regulated in each phase II in such a way that the temperature of the semiconductor chip of the laser diode 10 remains as constant as possible at the target working temperature for the duration of the laser pulse. In each phase III, which immediately follows phase II, both the laser diode 10 and the IR LED 11 are de-energized and the semiconductor chip of the laser diode 10 is cooled down to that Temperature level TW. The duration of phases II is, for example, in the range of 1 µs to 10 µs and the duty cycle of the laser diode 10, that is, the quotient of the duration of phase II to the sum of the duration of phase III and phase I, is, for example, in the range 0.1 % to 30%. The three phases I, II, III are explained in more detail below based on the illustration in 5 explained. In 5 is an example of the time course of the current IL through the laser diode 10 and the current IH through the IR LED 11 as well as the time course of the temperature TL of the semiconductor chip of the laser diode 10 and the time course of the temperature TW of the carrier 12 or the copper plate 121 shown schematically.

Während der ersten Phase I, die im Zeitpunkt t1 beginnt und im Zeitpunkt t2 endet, wird die IR-LED 11 mit einem Stromimpuls beaufschlagt, der derart angepasst ist, dass der Halbleiterchip der Laserdiode 10 bereits vor Beginn ihres Laserbetriebs, ausgehend von der Temperatur TW, auf die Soll-Arbeitstemperatur aufgeheizt wird. Im Zeitpunkt t2 hat die Temperatur TL des Halbleiterchip der der Laserdiode 10 die Soll-Arbeitstemperatur erreicht und es beginnt die erste Phase II, während die Laserdiode 10 mit einem Stromimpuls beaufschlagt wird, um Laserstrahlung zu erzeugen. Der Stromimpuls durch die Laserdiode 10 hat beispielsweise eine Dauer von ca. 1 bis 10 µs. Die erste Phase II endet zum Zeitpunkt t3. Während der ersten Phase II, das heißt im Zeitraum von t2 bis t3 erfolgt keine Heizung des Halbleiterchip der Laserdiode 10 mittels der IR-LED 11. Durch die Heizung des Halbleiterchips der Laserdiode 10 mittels der umgesetzten Verlustleistung bleibt die Temperatur des Halbleiterchips der Laserdiode 10 während dieses Zeitraums annähernd konstant und entspricht der Soll-Arbeitstemperatur. Im Zeitpunkt t3 beginnt die erste Phase III, während der die Laserdiode 10 und die IR-LED 11 stromlos sind, so dass keine Laserstrahlung erzeugt wird und keine Aufheizung mittels der IR-LED 11 stattfindet. Die erste Phase III endet zum Zeitpunkt t4. Während der ersten Phase III kühlt sich die Laserdiode 10 wieder auf die Temperatur TWab. Im Zeitpunkt t4 startet die zweite Phase I, während der der Halbleiterchip der Laserdiode 10 mittels der IR-LED 11 wieder auf die Soll-Arbeitstemperatur aufgeheizt wird. Die zweite Phase I endet zum Zeitpunkt t5. Im Zeitpunkt t5 beginnt die zweite Phase II, während der die Laserdiode 10 mit einem Stromimpuls beaufschlagt wird, um Laserstrahlung zu erzeugen, welcher aber geringer als der Stromimpuls innerhalb der ersten Phase II ist. Während der zweiten Phase II wird der Halbleiterchip der Laserdiode 10 mittels der IR-LED 11 weiterhin mit Infrarotstrahlung bestrahlt, um die Temperatur TL des Halbleiterchips der Laserdiode 10 während der zweiten Phase II auf der Soll-Arbeitstemperatur zu halten. Die Strahlungsleistung der IR-LED 11 ist entsprechend der im Halbleiterchip der Laserdiode 10 umgesetzten Verlustleistung angepasst. Die zweite Phase II endet zum Zeitpunkt t6, an dem sich eine weitere Phase III anschließt, während der die Laserdiode 10 stromlos ist und wieder auf die Temperatur TW abkühlt.During the first phase I, which begins at time t1 and ends at time t2, the IR LED 11 is subjected to a current pulse which is adapted in such a way that the semiconductor chip of the laser diode 10 already before the start of its laser operation, starting from the temperature TW , is heated to the target working temperature. At time t2, the temperature TL of the semiconductor chip of the laser diode 10 has reached the target working temperature and the first phase II begins, while the laser diode 10 is subjected to a current pulse in order to generate laser radiation. The current pulse through the laser diode 10 has a duration of approximately 1 to 10 μs, for example. The first phase II ends at time t3. During the first phase II, that is to say in the period from t2 to t3, there is no heating of the semiconductor chip of the laser diode 10 by means of the IR LED 11. By heating the semiconductor chip of the laser diode 10 by means of the converted power loss, the temperature of the semiconductor chip of the laser diode 10 remains constant remains approximately constant during this period and corresponds to the target working temperature. At time t3, the first phase III begins, during which the laser diode 10 and the IR LED 11 are de-energized, so that no laser radiation is generated and no heating by means of the IR LED 11 takes place. The first phase III ends at time t4. During the first phase III, the laser diode 10 cools down again to the temperature TWab. At time t4, the second phase I starts, during which the semiconductor chip of the laser diode 10 is heated again to the target working temperature by means of the IR LED 11. The second phase I ends at time t5. At time t5, the second phase II begins, during which the laser diode 10 is subjected to a current pulse in order to generate laser radiation, which, however, is smaller than the current pulse within the first phase II. During the second phase II, the semiconductor chip of the laser diode 10 is further irradiated with infrared radiation by means of the IR LED 11 in order to keep the temperature TL of the semiconductor chip of the laser diode 10 at the target working temperature during the second phase II. The radiation power of the IR LED 11 is adjusted according to the power loss implemented in the semiconductor chip of the laser diode 10. The second phase II ends at time t6, which is followed by a further phase III, during which the laser diode 10 is de-energized and cools down again to the temperature TW.

Vor der erstmaligen Inbetriebnahme der Laserdiodeneinrichtung 1 und zur Durchführung des Betriebsverfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Kalibrierung der Laserdiodeneinrichtung 1 durchgeführt. Während der Kalibrierung werden die Soll-Arbeitstemperatur des Halbleiterchips der Laserdiode 10, bei der die Laserdiode 10 Laserstrahlung mit der gewünschten Wellenlänge erzeugt, die Strahlungsleistung der IR-LED 11, die erforderlich ist, um den Halbleiterchip der Laserdiode 10 während der Phase I des Betriebs auf die Soll-Arbeitstemperatur aufzuheizen, und die Strahlungsleistung der IR-LED 11, die erforderlich ist, um die Temperatur des Halbleiterchips der Laserdiode 10 während der Phase II des Betriebs auf der Soll-Arbeitstemperatur zu halten, ermittelt. Zur Ermittlung der Strahlungsleistung der IR-LED 11, die zur Temperaturstabilisierung und damit zur Stabilisierung der Laserwellenlänge der erzeugten Laserstrahlung während der Phase II erforderlich ist, wird in Abhängigkeit von der Dauer und der Amplitude der Laserstromimpulse eine zugehörige Schar von Werten für Betriebsparameter der IR-LED 11 ermittelt, die jeweils eine Stabilisierung der Temperatur des Halbleiterchips der Laserdiode 10 auf die Soll-Arbeitstemperatur gewährleisten. Dadurch kann jedem Laserstromimpuls ein entsprechender Betriebsparameterwert für die IR-LED 11 zur Einstellung der Strahlungsleistung zugeordnet werden, die erforderlich ist, um die Temperatur des Halbleiterchips der Laserdiode 10 während der Phase II des Betriebs auf die Soll-Arbeitstemperatur zu stabilisieren.Before the laser diode device 1 is put into operation for the first time and in order to carry out the operating method according to the first exemplary embodiment of the method according to the invention, the laser diode device 1 is calibrated. During the calibration, the target working temperature of the semiconductor chip of the laser diode 10, at which the laser diode 10 generates laser radiation with the desired wavelength, the radiation power of the IR LED 11, which is required to illuminate the semiconductor chip of the laser diode 10 during phase I of operation to heat up to the target working temperature, and the radiation power of the IR LED 11, which is required to keep the temperature of the semiconductor chip of the laser diode 10 at the target working temperature during phase II of operation, is determined. To determine the radiation power of the IR LED 11, which is required to stabilize the temperature and thus to stabilize the laser wavelength of the laser radiation generated during phase II, an associated set of values for operating parameters of the IR is determined depending on the duration and amplitude of the laser current pulses. LED 11 is determined, each of which ensures stabilization of the temperature of the semiconductor chip of the laser diode 10 to the target working temperature. As a result, each laser current pulse can be assigned a corresponding operating parameter value for the IR LED 11 for setting the radiation power that is required to stabilize the temperature of the semiconductor chip of the laser diode 10 to the target working temperature during phase II of operation.

Dementsprechend wird während der Phase II des Betriebs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens die Strahlungsleistung der IR-LED 11 auf den dem aktuellen Laserstromimpuls durch die Kalibrierung zugeordneten Wert eingestellt, um die Temperatur des Halbleiterchips der Laserdiode 10 während der Phase II auf die Soll-Arbeitstemperatur zu stabilisieren und damit auch die Wellenlänge der erzeugten Laserstrahlung auf die gewünschte Wellenlänge zu stabilisieren. In der schematischen Darstellung der 5 ist beispielhaft während der ersten Phase II zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 der Strom IH durch die IR-LED 11 und damit auch ihre Strahlungsleistung, entsprechend der Kalibrierung, auf den Wert Null reduziert, so dass der Halbleiterchips der Laserdiode 10 während der ersten Phase II nicht mit Infrarotstrahlung von der IR-LED 11 beaufschlagt wird. Während der zweiten Phase II, die zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 liegt, fließt ein Strom IH durch die IR-LED 11, derart, dass ihre Strahlungsleistung auf einen Wert eingestellt ist, der - entsprechend der Kalibrierung - an den Laserstromimpuls während der zweiten Phase II angepasst ist, so dass die Temperatur des Halbleiterchips der Laserdiode 10 während der zweiten Phase II auf die Soll-Arbeitstemperatur stabilisiert werden kann.Accordingly, during phase II of the operation according to the first exemplary embodiment of the operating method according to the invention, the radiation power of the IR LED 11 is set to the value assigned to the current laser current pulse by the calibration in order to bring the temperature of the semiconductor chip of the laser diode 10 during phase II to the target To stabilize the working temperature and thus also to stabilize the wavelength of the laser radiation generated to the desired wavelength. In the schematic representation of the 5 For example, during the first phase II between times t2 and t3, the current IH through the IR LED 11 and thus also its radiation power, according to the calibration, is reduced to the value zero, so that the semiconductor chips of the laser diode 10 during the first phase II is not exposed to infrared radiation from the IR LED 11. During the second phase II, which lies between times t5 and t6, a current IH flows by the IR LED 11, such that its radiation power is set to a value which - according to the calibration - is adapted to the laser current pulse during the second phase II, so that the temperature of the semiconductor chip of the laser diode 10 during the second phase II the target working temperature can be stabilized.

Das vorstehend anhand einer einzelnen Laserdiode 10 beschriebene Betriebsverfahren und die Kalibrierung können auch auf mehrere Laserdioden 10r, 10g, 10b angewendet werden. Beispielsweise kann für jede der Laserdioden 10r, 10g, 10b die oben erläuterte Kalibrierung separat durchgeführt werden und jede der Laserdioden 10r, 10g, 10b kann entsprechend dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens betrieben werden. Dabei kann die IR-LED 11 dazu ausgebildet sein, lokal die momentan aktive der Laserdioden 10r, 10g, 10b mit Infrarotstrahlung zu beaufschlagen. Alternativ können mehrere IR-LEDs 11 vorgesehen sein, so dass jeder der Laserdioden 10r, 10g, 10b eine IR-LED 11 zugeordnet ist, um die Laserdioden 10r, 10g, 10b unabhängig voneinander jeweils lokal mittels Infrarotstrahlung aufzuheizen.The operating method and calibration described above using a single laser diode 10 can also be applied to multiple laser diodes 10r, 10g, 10b. For example, the calibration explained above can be carried out separately for each of the laser diodes 10r, 10g, 10b and each of the laser diodes 10r, 10g, 10b can be operated in accordance with the first exemplary embodiment of the operating method according to the invention described above. The IR LED 11 can be designed to locally apply infrared radiation to the currently active laser diodes 10r, 10g, 10b. Alternatively, several IR LEDs 11 can be provided, so that each of the laser diodes 10r, 10g, 10b is assigned an IR LED 11 in order to heat the laser diodes 10r, 10g, 10b independently of each other locally using infrared radiation.

Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens erläutert. Das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens unterscheidet sich von dem oben näher beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens nur durch die Phasen II des Betriebsverfahrens und durch die Kalibrierung. Daher werden im Folgenden nur die Unterschiede des Betriebsverfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zum ersten Ausführungsbeispiel näher erläutert und für die anderen Merkmale wird auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen.A second exemplary embodiment of the operating method according to the invention is explained below. The second exemplary embodiment of the operating method according to the invention differs from the first exemplary embodiment of the operating method according to the invention described in more detail above only in phases II of the operating method and in the calibration. Therefore, only the differences between the operating method according to the second exemplary embodiment and the first exemplary embodiment will be explained in more detail below and reference is made to the description of the first exemplary embodiment for the other features.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird in den Phasen II eine Flussspannung der Laserdiode 10 mittels Regelung der Strahlungsleistung der IR-LED 11 auf einen konstanten Wert geregelt, um die Wellenlänge der von der Laserdiode 10 erzeugten Laserstrahlung auf einen gewünschten Wert zu stabilisieren. Hierfür wird ausgenutzt, dass die Flussspannung über die Strom-Spannungs-Kennlinie der Laserdiode 10 eindeutig mit dem Strom IL durch die Laserdiode 10 korreliert ist und dass die Flussspannung der Laserdiode 10 temperaturabhängig ist. Mit steigender Temperatur ergibt sich bei vorgegebener Stromstärke des Stroms IL durch die Laserdiode 10 ein geringerer Wert der Flussspannung der Laserdiode. Da sich die Laserdiode 10 durch einen Impulsbetriebs bereits während der Dauer eines Laserimpulses deutlich erwärmt, ist die Wellenlänge der erzeugten Laserstrahlung nicht stabil. Zur Stabilisierung der Wellenlänge der erzeugten Laserstrahlung wird daher während der Phasen II, das heißt während der Dauer der Laserimpulse, die Flussspannung der Laserdiode 10 mittels Regelung der Strahlungsleistung der IR-LED 11 auf einen konstanten Wert geregelt. Weil sich der Halbleiterchip der Laserdiode 10 durch den Laserbetrieb erwärmt, ist die zur Regelung der Flussspannung auf einen konstanten Wert erforderliche Strahlungsleistung der IR-LED 11 zu Beginn der Phasen II des Betriebsverfahrens größer als am Ende der Phasen II.According to the second exemplary embodiment of the operating method according to the invention, in phases II, a forward voltage of the laser diode 10 is regulated to a constant value by regulating the radiation power of the IR LED 11 in order to stabilize the wavelength of the laser radiation generated by the laser diode 10 to a desired value. This takes advantage of the fact that the forward voltage via the current-voltage characteristic of the laser diode 10 is clearly correlated with the current IL through the laser diode 10 and that the forward voltage of the laser diode 10 is temperature-dependent. As the temperature increases, for a given current intensity of the current IL through the laser diode 10, a lower value of the forward voltage of the laser diode results. Since the laser diode 10 heats up significantly during the duration of a laser pulse due to pulse operation, the wavelength of the laser radiation generated is not stable. To stabilize the wavelength of the laser radiation generated, the forward voltage of the laser diode 10 is regulated to a constant value by regulating the radiation power of the IR LED 11 during phases II, that is, during the duration of the laser pulses. Because the semiconductor chip of the laser diode 10 heats up due to laser operation, the radiation power of the IR LED 11 required to regulate the forward voltage to a constant value is greater at the beginning of phases II of the operating method than at the end of phases II.

Vor der erstmaligen Inbetriebnahme der Laserdiodeneinrichtung 1 und zur Durchführung des Betriebsverfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Kalibrierung der Laserdiodeneinrichtung 1 durchgeführt. Während der Kalibrierung werden die Soll-Arbeitstemperatur des Halbleiterchips der Laserdiode 10, bei der die Laserdiode 10 Laserstrahlung mit der gewünschten Wellenlänge erzeugt, die Strahlungsleistung der IR-LED 11, die erforderlich ist, um den Halbleiterchip der Laserdiode 10 während der Phase I des Betriebs auf die Soll-Arbeitstemperatur aufzuheizen, und die Flussspannung der Laserdiode 10 in Abhängigkeit des Stroms der Laserdiode 10 bei der Soll-Arbeitstemperatur ermittelt. Zur Ermittlung der Flussspannung der Laserdiode 10 in Abhängigkeit des Stroms der Laserdiode 10 bei der Soll-Arbeitstemperatur wird die Strom-Spannungs-Kennlinie der Laserdiode 10, die beispielsweise aus einem Datenblatt zur Laserdiode 10 bekannt ist, herangezogen. Der Wert der Flussspannung der Laserdiode 10, den sie bei ihrer Soll-Arbeitstemperatur besitzt, wird nachstehend als Soll-Flussspannung bezeichnet. Die Soll-Flussspannung wird während der Phasen II des Betriebsverfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung der Strahlungsleistung der IR-LED 11 herangezogen. Während der Phasen II des Betriebsverfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Flussspannung der Laserdiode 10 mittels Regelung der Strahlungsleistung der IR-LED 11 auf die Soll-Flussspannung geregelt um die Wellenlänge der erzeugten Laserstrahlung auf den gewünschten Wert zu stabilisieren.Before the laser diode device 1 is put into operation for the first time and in order to carry out the operating method according to the second exemplary embodiment of the method according to the invention, the laser diode device 1 is calibrated. During the calibration, the target working temperature of the semiconductor chip of the laser diode 10, at which the laser diode 10 generates laser radiation with the desired wavelength, the radiation power of the IR LED 11, which is required to illuminate the semiconductor chip of the laser diode 10 during phase I of operation to heat up to the target working temperature, and the forward voltage of the laser diode 10 is determined as a function of the current of the laser diode 10 at the target working temperature. To determine the forward voltage of the laser diode 10 as a function of the current of the laser diode 10 at the target working temperature, the current-voltage characteristic curve of the laser diode 10, which is known, for example, from a data sheet for the laser diode 10, is used. The value of the forward voltage of the laser diode 10 that it has at its target operating temperature is hereinafter referred to as the target forward voltage. The target forward voltage is used during phases II of the operating method according to the second exemplary embodiment of the method according to the invention to control the radiation power of the IR LED 11. During phases II of the operating method according to the second exemplary embodiment of the method according to the invention, the forward voltage of the laser diode 10 is regulated to the target forward voltage by regulating the radiation power of the IR LED 11 in order to stabilize the wavelength of the laser radiation generated to the desired value.

Das Betriebsverfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch auf eine Laserdiodeneinrichtung 1 mit mehreren Laserdioden 10r, 10g, 10b angewendet werden. Beispielsweise kann für jede der Laserdioden 10r, 10g, 10b die oben erläuterte Kalibrierung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens separat durchgeführt werden und jede der Laserdioden 10r, 10g, 10b kann entsprechend dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens betrieben werden. Dabei kann die IR-LED 11 dazu ausgebildet sein, lokal die momentan aktive der Laserdioden 10r, 10g, 10b mit Infrarotstrahlung zu beaufschlagen. Alternativ können mehrere IR-LEDs 11 vorgesehen sein, so dass jeder der Laserdioden 10r, 10g, 10b eine IR-LED 11 zugeordnet ist, um die Laserdioden 10r, 10g, 10b unabhängig voneinander jeweils lokal mittels Infrarotstrahlung aufzuheizen.The operating method according to the second exemplary embodiment of the method according to the invention can also be applied to a laser diode device 1 with a plurality of laser diodes 10r, 10g, 10b. For example, for each of the laser diodes 10r, 10g, 10b, the calibration explained above can be carried out separately in accordance with the second exemplary embodiment of the operating method according to the invention, and each of the laser diodes 10r, 10g, 10b can be operated in accordance with the second exemplary embodiment of the operating method according to the invention described above. Included The IR LED 11 can be designed to locally apply infrared radiation to the currently active laser diodes 10r, 10g, 10b. Alternatively, several IR LEDs 11 can be provided, so that each of the laser diodes 10r, 10g, 10b is assigned an IR LED 11 in order to heat the laser diodes 10r, 10g, 10b independently of each other locally using infrared radiation.

Nachstehend wird ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens erläutert. Das dritte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens unterscheidet sich von dem oben näher beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens nur durch die Phasen II des Betriebsverfahrens und durch die Kalibrierung. Daher werden im Folgenden nur die Unterschiede des Betriebsverfahrens gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zum zweiten Ausführungsbeispiel des Betriebsverfahrens näher erläutert und für die anderen Merkmale wird auf die Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels des Betriebsverfahrens verwiesen. A third exemplary embodiment of the operating method according to the invention is explained below. The third exemplary embodiment of the operating method according to the invention differs from the second exemplary embodiment of the operating method according to the invention described in more detail above only in phases II of the operating method and in the calibration. Therefore, only the differences between the operating method according to the third exemplary embodiment and the second exemplary embodiment of the operating method will be explained in more detail below and reference is made to the description of the second exemplary embodiment of the operating method for the other features.

Das Betriebsverfahren gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass zur Regelung der Flussspannung der Laserdiode 10 auf einen konstanten Wert während der Phasen II nicht die Soll-Flussspannung aus der Strom-Spannungskennline der Laserdiode 10 gemäß einem Datenblatt zur Laserdiode, sondern stattdessen ein Sollwert für die Flussspannung herangezogen wird, der bei der Kalibrierung der Laserdiodeneinrichtung 1 durch eine Messung des Flussspannungswertes bei der Soll-Arbeitstemperatur des Halbleiterchip der der Laserdiode 10 ermittelt wurde. Dadurch können beispielsweise durch Fertigungstoleranzen bedingte Abweichungen der Flussspannungswerte von der aus dem Datenblatt bekannten Strom-Spannungskennlinie der Laserdiode berücksichtigt werden. Außerdem können durch die Alterung der Laserdiode 10 bedingte Abweichungen der Flussspannungswerte kompensiert werden, wenn die Kalibrierung in regelmäßigen zeitlichen Abständen wiederholt wird.The operating method according to the third exemplary embodiment of the method according to the invention differs from the second exemplary embodiment in that, in order to regulate the forward voltage of the laser diode 10 to a constant value during phases II, the target forward voltage from the current-voltage characteristic of the laser diode 10 according to a data sheet for the laser diode is not used , but instead a target value for the forward voltage is used, which was determined during the calibration of the laser diode device 1 by measuring the forward voltage value at the target working temperature of the semiconductor chip of the laser diode 10. This allows, for example, deviations in the forward voltage values caused by manufacturing tolerances from the current-voltage characteristic curve of the laser diode known from the data sheet to be taken into account. In addition, deviations in the forward voltage values caused by the aging of the laser diode 10 can be compensated for if the calibration is repeated at regular intervals.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbeispiele.The invention is not limited to the exemplary embodiments explained in more detail above.

Beispielsweise kann bei den in den 1 und 2 abgebildeten ersten und zweiten Ausführungsbeispielen der Erfindung eine Fotodiode vorgesehen sein, um die Wellenlänge der von der Laserdiode bzw. den Laserdioden erzeugte Laserstrahlung zu überwachen. Außerdem kann vorgesehen sein, gegebenenfalls in Abhängigkeit von einem Messergebnis der Fotodiode eine Korrektur der Strahlungsleistung der IR-LED 11 während der Phasen II des Betriebsverfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens oder eine Korrektur eines Sollwerts der Flussspannung der Laserdiode bzw. Laserdioden für die Regelung während der Phasen II des Betriebsverfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens durchzuführen.For example, in the 1 and 2 In the first and second exemplary embodiments of the invention shown, a photodiode may be provided in order to monitor the wavelength of the laser radiation generated by the laser diode or laser diodes. In addition, it can be provided, if necessary depending on a measurement result of the photodiode, a correction of the radiation power of the IR LED 11 during phases II of the operating method according to the first exemplary embodiment of the operating method according to the invention or a correction of a setpoint of the forward voltage of the laser diode or laser diodes for the control to be carried out during phases II of the operating method according to the second exemplary embodiment of the operating method according to the invention.

Ferner kann für die Laserdiodeneinrichtungen 1 und 2 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein gemeinsames Gehäuse für die Laserdiode bzw. Laserdioden und die IR-LED vorgesehen sein, das mit einem Austrittsfenster für die Laserstrahlung ausgestattet ist. Weiterhin kann für die Laserdiodeneinrichtungen 1 und 2 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Filter für Infrarotstrahlung vorgesehen sein, dass beispielsweise im Bereich des vorgenannten Fensters angeordnet und auf die Wellenlänge der Infrarotstrahlung der IR-LED abgestimmt ist, um zu verhindern, dass die Infrarotstrahlung der IR-LED aus dem Gehäuse austritt.Furthermore, for the laser diode devices 1 and 2 according to the first and second exemplary embodiments of the invention, a common housing can be provided for the laser diode or laser diodes and the IR LED, which is equipped with an exit window for the laser radiation. Furthermore, a filter for infrared radiation can be provided for the laser diode devices 1 and 2 according to the first and second exemplary embodiments of the invention, which is arranged, for example, in the area of the aforementioned window and is tuned to the wavelength of the infrared radiation of the IR LED in order to prevent the Infrared radiation from the IR LED comes out of the housing.

Die erfindungsgemäß Laserdiodeneinrichtung ist beispielsweise Bestandteil eines sogenannten Head-Up-Displays in einem Kraftfahrzeug und dient dort beispielsweise zur Beleuchtung einer digitalen Mikrospiegeleinheit, die auch Digital Mirror Device genannt wird und viele unabhängig voneinander um eine Achse schwenkbare Spiegelelemente umfasst.The laser diode device according to the invention is, for example, part of a so-called head-up display in a motor vehicle and is used there, for example, to illuminate a digital micromirror unit, which is also called a digital mirror device and includes many mirror elements that can be pivoted independently of one another about an axis.

Claims

Laser diode device (1) with at least one laser diode (10) for generating laser radiation (L) and at least one radiant heater (11), which is designed to heat the at least one laser diode (10) depending on a temperature of the at least one laser diode (10). or a wavelength of the generated laser radiation (L) with electromagnetic radiation (H).

Laser diode device (1). Claim 1 , wherein the at least one laser diode (10) is designed for pulse operation.

Laser diode device (1). Claim 1 or 2 , wherein the at least one radiant heater (11) is designed for pulse operation.

Laser diode device (1). Claim 3 , wherein the at least one radiant heater comprises at least one light-emitting diode or laser diode (11) that generates infrared radiation (H).

Laser diode device according to one of the Claims 1 until 4 , whereby the laser diode device Device (3) has a common housing (35) for the at least one laser diode (30) and the at least one radiant heater (31).

Laser diode device according to one of the Claims 1 until 5 , wherein the laser diode device (1) has a heat sink (12) on which the at least one laser diode (10) is arranged.

Laser diode device according to Claim 6 , wherein a temperature sensor (13) is provided for measuring a temperature of the heat sink (12).

Laser diode device according to Claim 6 or 7 , wherein a thermoelectric converter (14) is provided for cooling or heating the heat sink (12).

Laser diode device according to one of the Claims 1 until 8th , wherein a filter (37) is provided which is essentially impermeable to the electromagnetic radiation (H) generated by the at least one radiant heater (31).

Laser diode device according to one of the Claims 1 until 9 , wherein a photo element (47) is provided for measuring a wavelength of the laser radiation (L) emitted by the at least one laser diode (40).

Method for operating a laser diode device (1) with at least one laser diode (10) for generating laser radiation (L), the at least one laser diode (10) being heated to a desired temperature with the aid of at least one radiant heater (11) before its laser operation and during of the laser drive of the at least one laser diode (10), a radiation power of the at least one radiant heater (11) depending on a temperature of the at least one laser diode (10) or depending on a wavelength of the laser radiation (L) generated by the at least one laser diode (10) is set or regulated.

Method for operating a laser diode device Claim 11 , wherein the at least one laser diode (10) is operated in a pulsed manner.

Method for operating a laser diode device (1). Claim 12 , wherein the at least one laser diode (10) is preheated before each laser pulse with the aid of the at least one radiant heater (11) and during the laser pulse the radiation power of the at least one radiant heater (11) depends on a temperature of the at least one laser diode (10) or in Depending on a wavelength of the laser radiation (L) generated by the at least one laser diode (10) is set or regulated.

Method for operating a laser diode device according to one of Claims 11 until 13 , wherein a forward voltage of the at least one laser diode (10) is set or regulated to a desired level via the radiation power of the at least one radiant heater (11).

Method for operating a laser diode device (1) according to one of Claims 11 until 14 , wherein a heat sink (12) is provided to stabilize a temperature of the at least one laser diode (10).

Method for operating a laser diode device Claim 15 , wherein the heat sink (12) is cooled or heated using a thermoelectric converter (14).

Procedure according to Claim 14 , wherein at the beginning of operation of the at least one laser diode (10), a current forward voltage value of the laser diode (10) is determined and used as a setpoint for an actuating or control intervention.

Procedure according to one of the Claims 11 until 17 , wherein a calibration of the laser diode device (1) is carried out, and during the calibration a target working temperature of the at least one laser diode (10) is determined, which is used to achieve a desired wavelength of the laser radiation (L) generated by the at least one laser diode (10). is required, and wherein a radiation output of the at least one radiant heater (11) is determined to reach the target working temperature.