DE112018006449T5 - Diamantbeschichtete verbundwerkstoff-kühlkörper für hochleistungs-lasersysteme - Google Patents

Diamantbeschichtete verbundwerkstoff-kühlkörper für hochleistungs-lasersysteme Download PDF

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Parviz Tayebati
Myrna REYES
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Abstract

In verschiedenen Ausführungsformen weisen Lasersysteme Strahlemitter auf, die thermisch an Kühlkörper gekoppelt sind, die einen Metall-Matrix-Verbundwerkstoff aus einem wärmeleitenden Metall und einem Refraktärmetall umfassen, im Wesentlichen daraus bestehen oder aus einem solchen bestehen. Mindestens ein Teil der Oberfläche des Kühlkörpers wird behandelt, um einen verarmten Bereich zu bilden, und eine Diamantbeschichtung wird innerhalb und/oder über dem verarmten Bereich abgeschieden. Der verarmte Bereich ist im Wesentlichen frei von dem wärmeleitenden Metall oder enthält das wärmeleitende Metall in einer Konzentration, die geringer ist als die des Körpers des Kühlkörpers.

Description

  • Verwandte Anmeldung
  • Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil und die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/607,378 , eingereicht am 19. Dezember 2017, deren gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in diese Anmeldung eingeschlossen ist.
  • Technisches Gebiet
  • In verschiedenen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Lasersysteme, die Kühlkörper für das Wärmemanagement enthalten, insbesondere Kühlkörper mit Diamantbeschichtungen.
  • Hintergrund
  • Hochleistungslasersysteme werden für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen wie Schweißen, Schneiden, Bohren und Materialbearbeitung eingesetzt. Solche Lasersysteme bestehen typischerweise aus einem Laser-Emitter, dessen Laserlicht in eine optische Faser (oder einfach eine „Faser“) eingekoppelt wird, und einem optischen System, das das Laserlicht aus der Faser auf das zu bearbeitende Werkstück fokussiert. Die Wellenlängenstrahlkombination (WBC) ist eine Technik zur Skalierung der Ausgangsleistung und Helligkeit von Laserdioden, Laserdiodenbarren, Diodenbarrenstapeln oder anderen Lasern, die in einem ein- oder zweidimensionalen Array angeordnet sind. WBC-Methoden wurden entwickelt, um Strahlen entlang einer oder beider Dimensionen eines Emitterarrays zu kombinieren. Typische WBC-Systeme umfassen eine Vielzahl von Emittern, wie z.B. eine oder mehrere Diodenbarren, die mit Hilfe eines dispersiven Elements kombiniert werden, um einen Strahl mit mehreren Wellenlängen zu bilden. Jeder Emitter im WBC-System schwingt einzeln mit und wird durch wellenlängenspezifische Rückkopplung von einem gemeinsamen teilreflektierenden Ausgangskoppler stabilisiert, der durch das dispersive Element entlang einer strahlvereinigenden Dimension gefiltert wird. Beispielhafte WBC-Systeme sind im US-Patent Nr. 6.192.062 , eingereicht am 4. Februar 2000, im US-Patent Nr. 6.208.679 , eingereicht am 8. September 1998, im US-Patent Nr. 8.670.180 , eingereicht am 25. August 2011, und im US-Patent Nr. 8.559.107 , eingereicht am 7. März 2011, ausführlich beschrieben, wobei die gesamte Offenbarung jedes dieser Patente durch Bezugnahme hier eingeschlossen ist.
  • Während es Techniken wie WBC gelungen ist, laserbasierte Systeme für eine Vielzahl von Anwendungen herzustellen, hat die breitere Akzeptanz solcher Systeme zu einer Nachfrage nach immer höheren Laserausgangsleistungen geführt. Typischerweise erfordern höhere Laserleistungen die Ansteuerung von Laserdioden mit immer höheren Strömen, was zu höheren Betriebstemperaturen und damit einhergehenden Problemen beim Wärmemanagement führt, um temperaturabhängige Zuverlässigkeitsprobleme zu vermeiden. Während Hochleistungslasersysteme typischerweise Kühlkörper aus wärmeleitenden Metallen oder anderen Materialien verwenden, um Wärme vom Laseremitter selbst abzuziehen, erfordern die Anforderungen einiger Systeme an das Wärmemanagement auch die Verwendung eines zirkulierenden flüssigen Kühlmittels (z.B. Wasser), um die Wärmeabfuhr zu beschleunigen. Die Verwendung solcher Kühlmittel kann zu Korrosion und/oder Erosion des Kühlkörpermaterials führen, was zu Problemen bei Lebensdauer und Zuverlässigkeit führen kann. Daher besteht ein Bedarf an Lösungen für das Wärmemanagement, die diese Probleme behandeln.
  • Zusammenfassung
  • Gemäß den Ausführungsformen dieser Erfindung verwenden Laservorrichtungen mit Strahlemittern wie Laserdioden (z.B. einzelne Laserdioden, Laserdiodenbarren oder deren Anordnungen) Kühlkörper (z.B. Elektrodenhalterungen und/oder wärmeleitende Gehäuse), die darauf eine Diamantbeschichtung aufweisen, zumindest auf Oberflächen (oder Teilen davon), die ruhenden und/oder fließenden flüssigen Kühlmitteln wie Wasser ausgesetzt sind. Wie im Stand der Technik bekannt ist, ist Diamant recht wärmeleitend sowie erosions- und korrosionsbeständig. Auf diese Weise erhalten erfindungsgemäße Kühlkörper eine hohe Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig langer Lebensdauer in flüssigkeitsgekühlten Anwendungen.
  • Leider sind Laserkühlkörper in der Regel metallisch, und Diamant haftet nicht leicht an den meisten Metallen, da Kohlenstoffatome dazu neigen, einfach chemische Bindungen mit den Metallatomen einzugehen, anstatt eigentliche Diamantbeschichtungen zu bilden. Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung behandeln diese Herausforderung durch die Verwendung spezifischer Kühlkörpermaterialien und Präparationstechniken vor der Abscheidung der Diamantbeschichtung. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Kühlkörper einen Metall-Matrix-Verbundwerkstoff (oder eine Pseudolegierung), der sowohl (1) ein oder mehrere wärmeleitende Metalle wie Cu und/oder Ag als auch (2) ein oder mehrere Refraktärmetalle wie W, Mo und/oder Ti enthält, im Wesentlichen aus ihnen besteht oder aus ihnen besteht. (In verschiedenen Ausführungsformen sind die Komponenten des Kühlkörpers, oder mindestens zwei davon, nicht gegenseitig löslich). Solche Verbundwerkstoffe (z.B. CuW, AgW, AgMo oder CuMo) sind im Allgemeinen wärmeleitend und daher nützliche Wärmemanagementmaterialien für Hochleistungslasergeräte. Darüber hinaus sind verschiedene dieser Verbundwerkstoffe in ihrem thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) gut an Lasermaterialien (z.B. GaAs oder andere Halbleiter) angepasst, was die Zuverlässigkeit dieser Materialien verbessert, wenn sie als Kühlkörper für Laser verwendet werden. (Wenn Kühlkörper nicht gut an den CTE von Lasern angepasst sind, können die thermischen Zyklen, die durch wiederholten Betrieb entstehen, zu Problemen wie Delamination oder schlechtem thermischen Kontakt führen, die die Wärmeableitungseigenschaften des Kühlkörpers beeinträchtigen und zu übermäßiger Erwärmung führen). Wie dem Fachmann bekannt ist und wie der Begriff hier verwendet wird, enthalten Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe (oder Pseudo-Legierungen) mehrere diskrete Phasen (z.B. eine wärmeleitende Phase und eine Refraktär-Phase), wobei jede Phase einen der Bestandteile des Verbundwerkstoffs enthält, im Wesentlichen aus einem dieser Bestandteile besteht oder aus einem dieser Bestandteile besteht, da diese Bestandteile dazu neigen, eine geringe, wenn überhaupt, gegenseitige Löslichkeit zu haben. Beispielsweise kann eine Phase eine Matrixphase sein, in der diskrete Teilchen der anderen Phase dispergiert sind. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung hat jeder Bestandteil eines Metall-Matrix-Verbundwerkstoffs eine Löslichkeit in dem (den) anderen Bestandteil(en) von nicht mehr als etwa 10 %, nicht mehr als etwa 8 %, nicht mehr als etwa 5 %, nicht mehr als etwa 2 %, nicht mehr als etwa 1 %, nicht mehr als etwa 0,5 %, nicht mehr als etwa 0,2 % oder nicht mehr als etwa 0, 1 %. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung weist jeder Bestandteil eines Metall-Matrix-Verbundwerkstoffs eine Löslichkeit in dem/den anderen Bestandteil(en) auf, die ungefähr gleich 0% ist (d.h. im Wesentlichen keine Löslichkeit).
  • Kühlkörper nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können zumindest vor dem Ätzen und Abscheiden des Diamantfilms frei von Kohlenstoff und/oder Karbiden (z.B. Metallkarbiden und/oder Keramikkarbiden) sein. Beispielsweise wird bei Ausführungsformen der Erfindung vor der Abscheidung des Diamantfilms keine beabsichtigte Schicht oder Film, die Kohlenstoff und/oder ein Karbid enthält, auf dem Kühlkörper abgeschieden oder anderweitig gebildet.
  • Um die Beschichtung des Metall-Matrix-Verbundmaterials mit Diamant zu erleichtern, wird der Kühlkörper (oder ein oder mehrere Teile davon) mit einem Ätzmittel geätzt, das die wärmeleitende Komponente (z.B. Cu) entfernt, während eine aus der Refraktär-Komponente (z.B. W) gebildete Matrix an der Oberfläche des Kühlkörpers intakt bleibt. In verschiedenen Ausführungen wird die wärmeleitende Komponente bis zu einer relativ geringen Tiefe weggeätzt (z.B. ca. 1 µm bis ca. 10 µm), um die Bildung einer übermäßigen Porosität im Kühlkörper zu vermeiden, die deren Wärmeleitfähigkeit beeinträchtigen könnte. Nach der Entfernung der wärmeleitenden Komponente wird eine Beschichtung, die Diamant enthält, im Wesentlichen aus Diamant besteht oder aus Diamant besteht, über die geätzte Oberfläche des Kühlkörpers aufgebracht. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Oberflächenentfernung der wärmeleitenden Komponente die mechanische und chemische Adhäsion der Diamantbeschichtung an das verbleibende Material des Kühlkörpers erleichtert (durch erhöhte Adhäsion an der porösen, geätzten Oberfläche des Kühlkörpers, sowie durch chemische Bindungen, die zwischen dem Kohlenstoff der Diamantbeschichtung und der Refraktär-Komponente des Kühlkörpers gebildet werden), was zu starken Beschichtungen führt, die Erosion und Korrosion widerstehen. Ein Strahlemitter kann anschließend auf den beschichteten Kühlkörper montiert und in einem Hochleistungslasersystem verwendet werden (z.B. ein WBC-Lasersystem und/oder ein Lasersystem, das einen Eingangsstrahl in eine optische Faser einkoppelt und/oder einen Strahl auf ein Werkstück zu dessen Bearbeitung lenkt).
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung wird vor oder nach dem Ätzen des wärmeleitenden Bauteils keine Aufkohlung des Kühlkörpers vorgenommen. Wie in der Technik bekannt ist, ist die Aufkohlung eine Wärmebehandlung in Gegenwart von Kohlenstoff, die zur Absorption von Kohlenstoff z.B. in eine Metalloberfläche hinein führt. Während konventionelle Techniken oft die Aufkohlung verwenden, um die Haftung von Beschichtungen auf Kohlenstoffbasis (z.B. Diamant) zu verbessern, erfordern Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung keine Aufkohlung, und die Abscheidung auf der geätzten Oberfläche führt dazu, dass Diamantbeschichtungen eine ausreichende Haftung an den Kühlkörper haben. In ähnlicher Weise erfordern Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung typischerweise keine Abscheidung oder Bildung eines kohlenstoffhaltigen oder kohlenstoffbasierten Films auf den Kühlkörper vor der Abscheidung der Diamantbeschichtung, wie oben erwähnt.
  • Während Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die hier im Detail beschrieben werden, in erster Linie die Abscheidung von dünnen Diamantschichten beinhalten, können andere ähnliche Filme in anderen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden. Beispielsweise können Ausführungsformen der Erfindung die Abscheidung diamantähnlicher Kohlenstoffschichten umfassen, d.h. amorpher Kohlenstoffschichten mit ähnlichen Eigenschaften wie kristalline Diamantschichten. Solche Schichten können mit bekannten Techniken ohne unzumutbare Experimente abgeschieden werden, z.B. unter Verwendung von Vorläufern auf Kohlenstoffbasis (z.B. ein Gas wie Methan) mit Abscheidungsmethoden wie Sputtern, Ionenstrahlabscheidung, kathodische Bogenabscheidung oder plasmaunterstützte Abscheidung. Während Diamantschichten entsprechend den Ausführungsformen der Erfindung im Allgemeinen kristallin sind, gelten Mischschichten, die zumindest teilweise kristallin (und z.B. teilweise amorph) sind, als Diamantschichten entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Wie hier verwendet, haben Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder „wärmeleitende Materialien“ eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 100 Watt pro Meter pro Kelvin (W m-1-K-1), mindestens 170 W m-1-K-1 oder sogar mindestens 300 W m-1-K-1. Wie hier verwendet, haben Materialien mit hoher elektrischer Leitfähigkeit oder „elektrisch leitfähige Materialien“ eine elektrische Leitfähigkeit, z.B. bei 20°C, von mindestens 1 x 105 Siemens pro Meter (S/m), mindestens 1 x 106 S/m oder sogar mindestens 1 x 107 S/m. Wie hier verwendet, haben Materialien mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand oder „elektrisch isolierende Materialien“ einen spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 1 x 108 Ohm x Meter (Ωm), mindestens 1 x 1010 Ωm oder sogar mindestens 1 x 1012 Ωm.
  • Laservorrichtungen in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in WBC-Systemen verwendet werden, um Lasersysteme mit hoher Helligkeit und niedrigem Strahlparameterprodukt (BPP) zu bilden. Das BPP ist das Produkt aus dem Divergenzwinkel (Halbwinkel) des Laserstrahls und dem Radius des Strahls an seiner engsten Stelle (d.h. der Strahltaille, der minimalen Spotgröße). Das BPP quantifiziert die Qualität des Laserstrahls und wie gut er auf einen kleinen Fleck fokussiert werden kann, und wird üblicherweise in Einheiten von Millimeter-Milliradiant (mm-mrad) ausgedrückt. Ein Gauß-Strahl hat das niedrigste mögliche BPP, das durch die Wellenlänge des Laserlichts geteilt durch pi gegeben ist. Das Verhältnis des BPP eines tatsächlichen Strahls zu dem eines idealen Gauß-Strahls bei derselben Wellenlänge wird als M2 bezeichnet, oder die „Strahlqualitätskennzahl“, die ein wellenlängenunabhängiges Maß für die Strahlqualität ist, wobei die „beste“ Qualität der „niedrigsten“ Strahlqualitätskennzahl von 1 entspricht.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung koppeln den einen oder mehrere Eingangslaserstrahlen in eine optische Faser ein. In verschiedenen Ausführungsformen hat die optische Faser mehrere Mantelschichten, die einen einzelnen Kern umgeben, mehrere diskrete Kernbereiche (oder „Kerne“) innerhalb einer einzigen Mantelschicht oder mehrere Kerne, die von mehreren Mantelschichten umgeben sind.
  • Als „optische Elemente“ können hier Linsen, Spiegel, Prismen, Gitter und dergleichen bezeichnet werden, die elektromagnetische Strahlung umlenken, reflektieren, beugen oder auf andere Weise optisch manipulieren. Strahl-Emitter, Emitter oder Laser-Emitter oder Laser schließen hierin jede elektromagnetische strahlerzeugende Vorrichtung wie z.B. Halbleiterelemente ein, die einen elektromagnetischen Strahl erzeugen, aber selbstresonierend sein können oder nicht. Dazu gehören auch Faserlaser, Scheibenlaser, Nicht-Festkörperlaser usw. Im Allgemeinen umfasst jeder Emitter eine hintere reflektierende Oberfläche, mindestens ein optisches Verstärkungsmedium und eine vordere reflektierende Oberfläche. Das optische Verstärkungsmedium steigert die Verstärkung von elektromagnetischer Strahlung, die nicht auf einen bestimmten Teil des elektromagnetischen Spektrums beschränkt ist, sondern sichtbares, infrarotes und/oder ultraviolettes Licht sein kann. Ein Emitter kann Mehrfachstrahlemitter enthalten oder im Wesentlichen aus diesen bestehen, wie z.B. einen Diodenbarren, der dafür konfiguriert ist, dass er mehrere Strahlen emittiert. Die Eingangsstrahlen, die in den hier vorgestellten Ausführungsformen empfangen werden, können Einzelwellenlängen- oder Mehrwellenlängenstrahlen sein, die durch verschiedene in der Technik bekannte Techniken kombiniert werden. Darüber hinaus umfassen die hierin enthaltenen Verweise auf „Laser“, „Laseremitter“ oder „Strahlemitter“ nicht nur Einzeldiodenlaser, sondern auch Diodenbarren, Laser-Arrays, Diodenbarren-Arrays und Einzel- oder Arrays von oberflächenemittierenden Lasern mit vertikalem Resonator (VCSELs).
  • Eine Laserdiode, wie z.B. eine in der folgenden allgemeinen Beschreibung beschriebene Laserdiode, kann in Verbindung mit Ausführungsformen der hier beschriebenen Innovationen verwendet werden. Eine Laserdiode basiert im Allgemeinen auf einer einfachen Diodenstruktur, die die Emission von Photonen (Licht) unterstützt. Zur Verbesserung von Effizienz, Leistung, Strahlqualität, Helligkeit, Abstimmbarkeit und ähnlichem wird diese einfache Struktur jedoch im Allgemeinen modifiziert, um eine Vielzahl von praktischen Typen von Laserdioden bereitzustellen. Zu den Laserdiodentypen gehören kleine kantenemittierende Varianten, die eine Ausgangsleistung von einigen Milliwatt bis zu etwa einem halben Watt in einem Strahl mit hoher Strahlqualität erzeugen. Zu den Strukturtypen von Diodenlasern gehören Doppel-Heterostruktur-Laser, die eine Schicht aus einem Material mit geringer Bandlücke zwischen zwei Schichten mit hoher Bandlücke enthalten; Quantengrabenlaser, die eine sehr dünne mittlere Schicht (Quantentopf-Schicht) enthalten, was zu einer hohen Effizienz und Quantisierung der Laserenergie führt; mehrere Quantengrabenlaser, die mehr als eine Quantentopf-Schicht enthalten, verbessern die Verstärkungseigenschaften; Quantendraht- oder Quantensee(Punkt-)Laser ersetzen die mittlere Schicht durch einen Draht oder Punkte, die Quantengrabenlaser mit höherer Effizienz erzeugen; Quantenkaskadenlaser, die Laserwirkung bei relativ langen Wellenlängen ermöglichen, die durch Änderung der Dicke der Quantenschicht abgestimmt werden können; Separate Confinement-Heterostruktur-Laser, die die gebräuchlichste kommerzielle Laserdiode sind und weitere zwei Schichten oberhalb und unterhalb der Quantentopf-Schicht enthalten, um das erzeugte Licht effizient einzugrenzen; Laser mit verteilter Rückkopplung, die häufig in anspruchsvollen optischen Kommunikationsanwendungen verwendet werden und ein integriertes Beugungsgitter enthalten, das die Erzeugung einer stabilen Wellenlängeneinstellung während der Herstellung erleichtert, indem eine einzelne Wellenlänge zurück in den Verstärkungsbereich reflektiert wird; oberflächenemittierende Laser mit vertikalem Resonator (vertical-cavity surfaceemitting lasers, VCSELs), die eine andere Struktur haben als andere Laserdioden, da das Licht von ihrer Oberfläche und nicht von ihrem Rand emittiert wird; und oberflächenemittierende Laser mit vertikalem und externem Resonator (vertical-external-cavity surface-emitting lasers, VECSELs) und Diodenlaser mit externem Resonator, bei denen es sich um abstimmbare Laser handelt, die hauptsächlich Dioden mit doppelter Heterostruktur verwenden und Gitter oder Mehrfachprisma-Gitterkonfigurationen enthalten. Diodenlaser mit externem Resonator sind oft wellenlängenabstimmbar und weisen eine geringe Emissionslinienbreite auf. Zu den Laserdiodentypen gehört auch eine Vielzahl von Hochleistungsdioden-basierten Lasern: Breitflächenlaser, die durch Multimode-Dioden mit länglichen Ausgangsfacetten gekennzeichnet sind und im Allgemeinen eine schlechte Strahlqualität aufweisen, aber einige Watt Leistung erzeugen; Trapezlaser, die durch Astigmatismus-Dioden mit Trapez-Ausgangsfacetten gekennzeichnet sind, die im Vergleich zu Breitflächenlasern eine verbesserte Strahlqualität und Helligkeit aufweisen, Stegwellenleiterlaser, die durch elliptische Modendioden mit ovalen Ausgangsfacetten gekennzeichnet sind; und Slabgekoppelte optische Wellenleiterlaser (SCOWL), die durch kreisförmige Modendioden mit Ausgangsfacetten gekennzeichnet sind und Ausgangsleistung im Wattbereich in einem beugungsbegrenzten Strahl mit nahezu kreisförmigem Profil erzeugen können.
  • Laserdiodenarrays, -barren und/oder -stapel, wie sie in der folgenden allgemeinen Beschreibung beschrieben sind, können in Verbindung mit Ausführungsformen der hier beschriebenen Innovationen verwendet werden. Laserdioden können einzeln oder in Gruppen verpackt sein, im Allgemeinen in eindimensionalen Reihen/Anordnungen (Diodenbarren) oder zweidimensionalen Anordnungen (Diodenbarrenstapel). Ein Diodenarray-Stapel ist im Allgemeinen ein vertikaler Stapel von Diodenbarren. Laserdiodenbarren oder -arrays erreichen im Allgemeinen eine wesentlich höhere Leistung und Kosteneffizienz als eine äquivalente einzelne Breitbanddiode. Hochleistungsdiodenbarren enthalten im Allgemeinen ein Array von Breitflächenemittern, die Dutzende von Watt mit relativ schlechter Strahlqualität erzeugen; trotz der höheren Leistung ist die Helligkeit oft geringer als die einer Breitflächenlaserdiode. Hochleistungsdiodenbarren können gestapelt werden, um gestapelte Hochleistungsdiodenbarren zur Erzeugung extrem hoher Leistungen von Hunderten oder Tausenden von Watt zu erzeugen. Laserdiodenarrays können so konfiguriert werden, dass sie einen Strahl in den freien Raum oder in eine Faser emittieren. Fasergekoppelte Diodenlaser-Arrays können bequem als Pumpquelle für Faserlaser und Faserverstärker verwendet werden.
  • Ein Diodenlaser-Barren ist ein Halbleiterlasertyp, der eine eindimensionale Anordnung von breitflächigen Emittern oder alternativ Teilanordnungen mit z.B. 10-20 schmalbandigen Emittern enthält. Ein Breitstreifen-Diodenbarren enthält typischerweise z.B. 19-49 Emitter, die jeweils Abmessungen in der Größenordnung von z.B. 1 µm x 100 µm haben. Die Strahlqualität entlang der 1 µm-Dimension oder der schnellen Achse ist typischerweise beugungsbegrenzt. Die Strahlqualität entlang der 100-µm-Dimension oder der langsamen Achse oder der Array-Dimension ist typischerweise um ein Vielfaches beugungsbegrenzt. Typischerweise hat ein Diodenbarren für kommerzielle Anwendungen eine Laserresonatorlänge in der Größenordnung von 1 bis 4 mm, ist etwa 10 mm breit und erzeugt zehnfache Watt an Ausgangsleistung. Die meisten Diodenbarren arbeiten im Wellenlängenbereich von 780 bis 1070 nm, wobei die Wellenlängen von 808 nm (zum Pumpen von NeodymLasern) und 940 nm (zum Pumpen von Yb:YAG) am bedeutensten sind. Der Wellenlängenbereich von 915-976 nm wird zum Pumpen von Erbium- oder Ytterbiumdotierten Hochleistungsfaserlasern und -verstärkern verwendet.
  • Eine Eigenschaft von Diodenbarren, die üblicherweise angesprochen wird, ist das räumliche Ausgangs-Strahlprofil. Für die meisten Anwendungen werden Strahlkonditionierungsoptiken benötigt. Für die Konditionierung des Ausgangs eines Diodenbarrens oder eines Diodenstapels ist daher oft ein erheblicher Aufwand erforderlich. Zu den Konditionierungstechniken gehört die Verwendung asphärischer Linsen zur Kollimation der Strahlen unter Beibehaltung der Strahlqualität. Mikrooptische Schnellachsenkollimatoren können verwendet werden, um den Ausgangsstrahl entlang der schnellen Achse zu kollimieren. Arrays aus asphärischen Zylinderlinsen werden häufig zur Kollimation der einzelnen Laserelemente entlang des Arrays oder der langsamen Achse verwendet. Um Strahlen mit annähernd kreisförmiger Strahltaille zu erzielen, kann ein spezieller Strahlformer zur Symmetrierung der Strahlqualität jedes Diodenbarrens oder Arrays eingesetzt werden. Eine verschlechternde Eigenschaft von Diodenbarren ist der „Smile“ - eine leichte Krümmung der planaren Natur der angeschlossenen Emitter. Fehler des „Smile“ können sich nachteilig auf die Fähigkeit auswirken, die Strahlen von Diodenbarren zu fokussieren. Eine weitere verschlechternde Eigenschaft ist der Kollimationsfehler der langsamen und schnellen Achse. Zum Beispiel führt eine Verdrehung der Kollimationslinse der schnellen Achse zu einem effektiven Smile. Dies hat nachteilige Auswirkungen auf die Fokussierbarkeit. Bei Stapeln ist der „Pointing“-Fehler der einzelnen Barren oft der dominierende Effekt. Der „Pointing“-Fehler ist ein Kollimationsfehler und ist das Ergebnis des Arrays oder Barrens, der von der Fast-Axis-Linse versetzt ist. Ein Abstand von 1 µm ist gleichbedeutend damit, dass das gesamte Array einen Smile von 1 µm hat.
  • Diodenbarren und Diodenarrays überwinden die Einschränkungen sehr breiter Einzelemitter, wie verstärkte Spontanemission oder parasitäres Lasing in Querrichtung oder Filamentbildung. Diodenarrays können auch mit einem stabileren Modenprofil betrieben werden, da jeder Emitter seinen eigenen Strahl erzeugt. Techniken, die ein gewisses Maß an kohärenter Kopplung benachbarter Emitter ausnutzen, können zu einer besseren Strahlqualität führen. Solche Techniken können in die Herstellung der Diodenbarren einbezogen werden, während andere Techniken externe Hohlräume beinhalten können. Ein weiterer Vorteil von Diodenarrays ist, dass sich Diodenbarren und Arrays aufgrund der Array-Geometrie sehr gut für die kohärente oder spektrale Strahlkombination eignen, um eine viel höhere Strahlqualität zu erzielen.
  • Zusätzlich zu den rohen Barren- oder Array-Angeboten sind Diodenarrays in fasergekoppelter Form erhältlich, weil es dadurch oft viel einfacher ist, die Leistung jedes Emitters zu nutzen und die Diodenbarren so zu montieren, dass die Kühlung der Dioden in einiger Entfernung vom Ort der Lichtnutzung erfolgt. Gewöhnlich wird das Licht in eine einzelne Multimode-Faser eingekoppelt, wobei entweder ein einfacher Schnellachsen-Kollimator ohne Strahlaufbereitung in Richtung der langsamen Achse oder eine komplexere Strahlformung zur besseren Erhaltung der Helligkeit verwendet wird. Es ist auch möglich, die Strahlen von den Emittern in ein Faserbündel einzukoppeln (mit einer Faser pro Emitter). Die Emissionsbandbreite eines Diodenbarrens oder eines Diodenarrays ist für einige Anwendungen ein wichtiger Gesichtspunkt. Optische Rückkopplung (z.B. vom Volumen-Bragg-Gitter) kann die Wellenlängentoleranz und die Emissionsbandbreite deutlich verbessern. Darüber hinaus können Bandbreite und exakte Mittenwellenlänge auch für die spektrale Strahlkombination wichtig sein.
  • Ein Diodenstapel ist einfach eine Anordnung von mehreren Diodenbarren, die eine sehr hohe Ausgangsleistung liefern können. Auch als Diodenlaserstapelung, Multibarrenmodul oder zweidimensionales Laserarray bezeichnet, ist die gebräuchlichste Diodenstapelanordnung die eines vertikalen Stapels, bei dem es sich effektiv um ein zweidimensionales Array von Kantenemittern handelt. Ein solcher Stapel kann durch Anbringen von Diodenbarren an dünnen Kühlkörpern und Stapeln dieser Anordnungen hergestellt werden, so dass eine periodische Anordnung von Diodenbarren und Kühlkörpern entsteht. Es gibt auch horizontale Diodenstapel und zweidimensionale Stapel. Für eine hohe Strahlqualität sollten die Diodenbarren im Allgemeinen so nahe wie möglich beieinanderliegen. Andererseits erfordert eine effiziente Kühlung eine gewisse Mindestdicke der zwischen den Barren montierten Kühlkörper. Dieser Ausgleich zwischen den Diodenbarrenabständen führt dazu, dass die Strahlqualität eines Diodenstapels in vertikaler Richtung (und damit seine Helligkeit) viel geringer ist als die eines einzelnen Diodestapels. Es gibt jedoch mehrere Techniken, um dieses Problem deutlich zu mildem, z.B. durch räumliche Verschachtelung der Ausgänge verschiedener Diodenstapel durch Polarisationskopplung oder durch Wellenlängenmultiplexing. Verschiedene Arten von Hochleistungs-Strahlformern und verwandte Vorrichtungen wurden für solche Zwecke entwickelt. Diodenstapelungen können extrem hohe Ausgangsleistungen (z.B. Hunderte oder Tausende von Watt) liefern.
  • In einem Aspekt weisen die Ausführungsformen der Erfindung eine Methode der Kühlkörperherstellung auf. Ein Kühlkörper wird bereitgestellt. Der Kühlkörper umfasst einen Metall-Matrix-Verbundwerkstoff aus mindestens einem wärmeleitenden Metall und mindestens einem Refraktärmetall, besteht im Wesentlichen aus diesem oder besteht aus einem solchen. Mindestens ein Teil einer Oberfläche des Kühlkörpers wird geätzt, um darauf einen verarmten Bereich zu bilden. Der verarmte Bereich kann das Refraktärmetall enthalten, im Wesentlichen aus diesem bestehen oder aus diesem bestehen. Der verarmte Bereich kann im Wesentlichen frei von dem wärmeleitenden Metall sein. Auf mindestens einem Teil des verarmten Bereichs wird eine Beschichtung aufgebracht. Die Beschichtung enthält Diamant, besteht im Wesentlichen aus Diamant oder besteht aus Diamant.
  • Die Ausführungsformen der Erfindung können eine oder mehrere der folgenden Elemente in einer Vielzahl von Kombinationen enthalten. Das wärmeleitende Metall kann Cu und/oder Ag enthalten, im Wesentlichen aus Cu und/oder Ag bestehen oder aus diesen bestehen. Das Refraktärmetall kann W, Mo und/oder Ti enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder daraus bestehen. Das wärmeleitende Metall kann Cu enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder daraus bestehen, und das Refraktärmetall kann W enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder daraus bestehen. Die Beschichtung kann durch chemische oder physikalische Abscheidung aus der Dampfphase (z.B. Sputtern, Verdampfen) erfolgen. Die Dicke des abgeschiedenen Bereichs kann von etwa 1 µm bis etwa 10 µm, von etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 2 µm bis etwa 5 µm oder von etwa 5 µm bis etwa 15 µm reichen. Die Dicke der Beschichtung kann von etwa 5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 1 µm bis etwa 10 µm, von etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 2 µm bis etwa 5 µm oder von etwa 5 µm bis etwa 15 µm reichen. Mindestens ein Teil der Oberfläche des Kühlkörpers kann unter Verwendung einer Lösung geätzt werden, die (i) Eisen(III)- chlorid, (ii) Essigsäure und Wasserstoffperoxid und/oder (iii) Salzsäure und Wasserstoffperoxid enthält, im Wesentlichen daraus besteht oder sich daraus zusammensetzt. Die Lösung kann Wasser (z.B. entionisiertes Wasser) und/oder ein anderes Verdünnungsmittel enthalten. Mindestens ein Teil der Oberfläche des Kühlkörpers (oder zumindest ein Teil davon) kann in einer Leitung innerhalb des Kühlkörpers angeordnet werden. Die Kühlkörper kann einen Flüssigkeitseinlass und einen Flüssigkeitsauslass enthalten. Mindestens ein Teil der Oberfläche des Kühlkörpers kann in einem Teil des Kühlkörpers angeordnet werden, der mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass durch das Fluid verbunden ist. Ein Strahlemitter kann thermisch mit dem Kühlkörper gekoppelt sein. Der Strahlemitter kann in direkten mechanischen Kontakt mit dem Kühlkörper gebracht werden. Zwischen dem Strahlemitter und der Kühlkörper kann ein thermisch verbindendes Material angeordnet werden. Ein erster Teil der Oberfläche des Kühlkörpers kann geätzt werden. Ein zweiter Teil der Oberfläche des Kühlkörpers kann mit einer Maske versehen werden, um deren Ätzen vor dem Ätzen des ersten Teils der Oberfläche der Kühlkörper zu verhindern. Mindestens ein Teil des verarmten Bereichs kann vor der Abscheidung der Beschichtung aufgerauht werden.
  • In einem anderen Aspekt weisen die Ausführungsformen der Erfindung eine Methode der Kühlkörperherstellung auf. Ein Kühlkörper wird bereitgestellt. Die Kühlkörper enthält ein Metall-Matrix-Verbundmaterial aus einem wärmeleitenden Metall und einem Refraktärmetall, besteht im Wesentlichen aus einem solchen oder besteht aus einem solchen. Der Kühlkörper enthält das wärmeleitende Metall in einer ersten Konzentration. Mindestens ein Teil einer Oberfläche des Kühlkörpers wird geätzt, um mindestens einen Teil des wärmeleitenden Metalls davon zu verarmen, wodurch auf dem mindestens einen Teil der Oberfläche ein verarmter Bereich gebildet wird. Der verarmte Bereich umfasst das Refraktärmetall, besteht im Wesentlichen aus diesem oder besteht aus diesem. Über mindestens einem Teil des verarmten Bereichs wird eine Beschichtung abgeschieden. Die Beschichtung enthält Diamant, besteht im Wesentlichen aus Diamant oder besteht aus Diamant.
  • Die Ausführungsformen der Erfindung können eine oder mehrere der folgenden Elemente in einer Vielzahl von Kombinationen enthalten. Der verarmte Bereich kann das wärmeleitende Metall in einer zweiten Konzentration enthalten, die niedriger ist als die erste Konzentration. Die Konzentration des wärmeleitenden Metalls in der verarmten Region kann in einer Richtung weg von der Oberfläche des Kühlkörpers zunehmen. Der verarmte Bereich kann im Wesentlichen frei von dem wärmeleitenden Metall sein. Das wärmeleitende Metall kann Cu und/oder Ag enthalten, im Wesentlichen aus Cu und/oder Ag bestehen oder aus diesen bestehen, das Refraktärmetall kann W, Mo und/oder Ti enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder aus diesen bestehen. Das wärmeleitende Metall kann Cu enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder aus Cu bestehen, und das Refraktärmetall kann W enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder aus W bestehen. Die Beschichtung kann durch chemische oder physikalische Abscheidung aus der Dampfphase (z.B. Sputtern, Verdampfen) erfolgen. Die Dicke des verarmten Bereichs kann von etwa 1 µm bis etwa 10 µm, von etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 2 µm bis etwa 5 µm oder von etwa 5 µm bis etwa 15 µm reichen. Die Dicke der Beschichtung kann von etwa 5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 1 µm bis etwa 10 µm, von etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 2 µm bis etwa 5 µm oder von etwa 5 µm bis etwa 15 µm reichen. Mindestens ein Teil der Oberfläche des Kühlkörpers kann unter Verwendung einer Lösung geätzt werden, die (i) Eisen(III)-chlorid, (ii) Essigsäure und Wasserstoffperoxid und/oder (iii) Salzsäure und Wasserstoffperoxid enthält, im Wesentlichen daraus besteht oder sich daraus zusammensetzt. Die Lösung kann Wasser (z.B. entionisiertes Wasser) und/oder ein anderes Verdünnungsmittel enthalten. Mindestens ein Teil der Oberfläche des Kühlkörpers (oder zumindest ein Teil davon) kann in einer Leitung innerhalb des Kühlkörpers angeordnet werden. Die Kühlkörper kann einen Flüssigkeitseinlass und einen Flüssigkeitsauslass enthalten. Mindestens ein Teil der Oberfläche des Kühlkörpers kann in einem Teil des Kühlkörpers angeordnet werden, der mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass durch Fluid verbunden ist. Ein Strahlemitter kann thermisch mit dem Kühlkörper gekoppelt sein. Der Strahlemitter kann in direkten mechanischen Kontakt mit dem Kühlkörper gebracht werden. Zwischen dem Strahlemitter und der Kühlkörper kann ein thermisch bindendes Material angeordnet werden. Ein erster Teil der Oberfläche der Kühlkörper kann geätzt werden. Ein zweiter Teil der Oberfläche des Kühlkörpers kann mit einer Maske versehen werden, um deren Ätzen vor dem Ätzen des ersten Teils der Oberfläche der Kühlkörper zu verhindern. Mindestens ein Teil des verarmten Bereichs kann vor der Abscheidung der Beschichtung aufgeraut werden.
  • In einem weiteren Aspekt weisen Ausführungsformen der Erfindung einen Kühlkörper auf, der einen Körper, einen verarmten Bereich und eine Beschichtung umfasst, im Wesentlichen daraus besteht oder aus einem solchen besteht. Der Körper umfasst einen Metall-Matrix-Verbundwerkstoff aus einem wärmeleitenden Metall und einem Refraktärmetall, besteht im Wesentlichen aus einem solchen oder besteht aus einem solchen. Der Körper kann so konfiguriert sein (z.B. Größe und Form), dass er thermisch an einen Strahlemitter gekoppelt werden kann und/oder auf andere Weise einen Strahlemitter aufnehmen oder tragen kann. Der verarmte Bereich ist über und/oder innerhalb mindestens eines Teils einer Oberfläche des Körpers angeordnet. Der verarmte Bereich umfasst das Refraktärmetall, besteht im Wesentlichen aus diesem oder besteht aus diesem. Der verarmte Bereich kann im Wesentlichen frei von dem wärmeleitenden Metall sein. Die Beschichtung ist innerhalb und/oder über dem verarmten Bereich angeordnet. Die Beschichtung enthält Diamant, besteht im Wesentlichen aus Diamant oder besteht aus Diamant.
  • Die Ausführungsformen der Erfindung können eine oder mehrere der folgenden Elemente in einer Vielzahl von Kombinationen enthalten. Das wärmeleitende Metall kann Cu und/oder Ag enthalten, im Wesentlichen aus Cu und/oder Ag bestehen oder aus diesen bestehen. Das Refraktärmetall kann W, Mo und/oder Ti enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder aus diesen bestehen. Das wärmeleitende Metall kann Cu enthalten, im Wesentlichen aus Cu bestehen oder aus diesem bestehen, und das Refraktärmetall kann W enthalten, im Wesentlichen aus diesem bestehen oder aus diesem bestehen. Die Dicke des verarmten Bereichs kann von etwa 1 µm bis etwa 10 µm, von etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 2 µm bis etwa 5 µm oder von etwa 5 µm bis etwa 15 µm betragen. Die Dicke der Beschichtung kann von etwa 5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 1 µm bis etwa 10 µm, von etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 2 µm bis etwa 5 µm oder von etwa 5 µm bis etwa 15 µm reichen. Der Körper des Kühlkörpers kann eine Leitung darin definieren. Der verarmte Bereich kann über und/oder innerhalb mindestens eines Teils der Leitung im Inneren der Kühlkörper angeordnet werden. Der Körper des Kühlkörpers kann einen Fluideinlass und einen Fluidauslass darin definieren. Der verarmte Bereich kann über und/oder innerhalb eines Teils des Körpers angeordnet sein, der mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass durch Fluid verbunden ist. Ein Strahlemitter kann thermisch an den Körper gekoppelt sein. Der Strahlemitter kann in direktem mechanischen Kontakt mit dem Körper angeordnet werden. Ein thermisch bindendes Material kann zwischen dem Strahlemitter und dem Körper angeordnet werden. Der Strahlemitter kann einen Diodenbarren enthalten, im Wesentlichen aus einem Diodenbarren bestehen oder aus einem solchen bestehen, der so konfiguriert ist, dass er eine Vielzahl diskreter Strahlen emittiert. Mindestens zwei (oder sogar alle) der Strahlen können unterschiedliche Wellenlängen haben.
  • In einem anderen Aspekt weisen Ausführungsformen der Erfindung ein wellenlängenstrahlkombinierendes Lasersystem auf, das einen Strahlemitter, eine Fokussieroptik, ein dispersives Element, einen teilreflektierenden Ausgangskoppler und einen Kühlkörper enthält, im Wesentlichen daraus besteht oder aus einem solchen besteht. Der Strahlemitter ist so konfiguriert, dass er eine Vielzahl von diskreten Strahlen emittiert. Zwei oder mehr (oder sogar alle) der Strahlen können unterschiedliche Wellenlängen haben. Die Fokussieroptik überlappt zumindest teilweise die Vielzahl der Strahlen auf das dispersive Element. Das dispersive Element empfängt und zerstreut die empfangenen fokussierten Strahlen. Der teilweise reflektierende Ausgangskoppler ist so positioniert, dass er die dispergierten Strahlen empfängt, einen Teil der dispergierten Strahlen als Ausgangsstrahl mit mehreren Wellenlängen durch ihn hindurch sendet und einen zweiten Teil der dispergierten Strahlen zurück zum dispersiven Element reflektiert (z.B. zurück zum dispersiven Element und von dort zurück zum Strahlsender). Der Kühlkörper ist thermisch an den Strahlemitter gekoppelt. Der Strahlemitter kann in direktem mechanischen Kontakt mit dem Kühlkörper angeordnet werden. Zwischen dem Strahlemitter und dem Kühlkörper kann ein thermisches Verbindungsmaterial angeordnet werden. Die Kühlkörper umfasst einen Körper, besteht im Wesentlichen aus einem Körper oder besteht aus einem Körper, einem verarmten Bereich, der über und/oder innerhalb mindestens eines Teils einer Oberfläche des Körpers angeordnet ist, und einer Beschichtung, die innerhalb und/oder über dem verarmten Bereich angeordnet ist. Der Körper enthält einen Metall-Matrix-Verbundwerkstoff aus einem wärmeleitenden Metall und einem Refraktärmetall, besteht im Wesentlichen aus einem solchen oder besteht aus einem solchen. Der verarmte Bereich enthält das Refraktärmetall, besteht im Wesentlichen aus diesem oder besteht aus diesem. Der verarmte Bereich kann im Wesentlichen frei von dem wärmeleitenden Metall sein. Die Beschichtung enthält Diamant, besteht im Wesentlichen aus Diamant oder besteht aus Diamant.
  • Die Ausführungsformen der Erfindung können eine oder mehrere der folgenden Elemente in einer Vielzahl von Kombinationen enthalten. Das dispersive Element kann ein Beugungsgitter (z.B. ein transmissives Beugungsgitter oder ein reflektierendes Beugungsgitter) enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder aus einem solchen bestehen. Das wärmeleitende Metall kann Cu und/oder Ag enthalten, im Wesentlichen aus Cu und/oder Ag bestehen oder aus diesen bestehen. Das Refraktärmetall kann W, Mo und/oder Ti enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder aus diesen bestehen. Das wärmeleitende Metall kann Cu enthalten, im Wesentlichen aus Cu bestehen oder aus diesem bestehen, und das Refraktärmetall kann W enthalten, im Wesentlichen aus diesem bestehen oder aus diesem bestehen. Die Dicke des verarmten Bereichs kann im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 10 µm, von etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 2 µm bis etwa 5 µm oder von etwa 5 µm bis etwa 15 µm liegen. Die Dicke der Beschichtung kann von etwa 5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 1 µm bis etwa 10 µm, von etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 2 µm bis etwa 5 µm oder von etwa 5 µm bis etwa 15 µm reichen. Der Körper des Kühlkörpers kann eine Leitung darin definieren. Der verarmte Bereich kann über und/oder innerhalb mindestens eines Teils der Leitung im Inneren der Kühlkörper angeordnet sein. Der Körper des Kühlkörpers kann einen Fluideinlass und einen Fluidauslass darin definieren. Der verarmte Bereich kann über und/oder innerhalb eines Teils des Körpers angeordnet sein, der mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass durch Fluid verbunden ist.
  • In einem weiteren Aspekt weisen Ausführungsformen der Erfindung einen Kühlkörper auf, die einen Körper, einen verarmten Bereich und eine Beschichtung umfasst, im Wesentlichen daraus besteht oder aus einem solchen besteht. Der Körper umfasst einen Metall-Matrix-Verbundwerkstoff aus einem wärmeleitenden Metall und einem Refraktärmetall, besteht im Wesentlichen aus einem solchen oder besteht aus einem solchen. Der Körper kann so konfiguriert sein (z.B. Größe und Form), dass er thermisch an einen Strahlemitter gekoppelt werden kann und/oder auf andere Weise einen Strahlemitter aufnehmen oder tragen kann. Der Körper enthält das wärmeleitende Metall in einer ersten (von Null verschiedenen) Konzentration. Der verarmte Bereich ist über und/oder innerhalb mindestens eines Teils einer Oberfläche des Körpers angeordnet. Der verarmte Bereich umfasst das Refraktärmetall, besteht im Wesentlichen aus diesem oder besteht aus diesem. Die Beschichtung ist innerhalb und/oder über dem verarmten Bereich angeordnet. Die Beschichtung enthält Diamant, besteht im Wesentlichen aus Diamant oder besteht aus Diamant.
  • Die Ausführungsformen der Erfindung können eine oder mehrere der folgenden Elemente in einer Vielzahl von Kombinationen enthalten. Der verarmte Bereich kann das wärmeleitende Metall in einer zweiten (von Null verschiedenen) Konzentration enthalten, die niedriger ist als die erste Konzentration. Die Konzentration des wärmeleitenden Metalls in dem verarmten Bereich kann in einer Richtung weg von der Oberfläche des Körpers zunehmen. Der verarmte Bereich kann im Wesentlichen frei von dem wärmeleitenden Metall sein. Das wärmeleitende Metall kann Cu und/oder Ag enthalten, im Wesentlichen aus Cu und/oder Ag bestehen oder aus diesen bestehen. Das Refraktärmetall kann W, Mo und/oder Ti enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder aus diesen bestehen. Das wärmeleitende Metall kann Cu enthalten, im Wesentlichen aus Cu bestehen oder aus diesem bestehen, und das Refraktärmetall kann W enthalten, im Wesentlichen aus diesem bestehen oder aus diesem bestehen. Die Dicke des verarmten Bereichs kann im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 10 µm, von etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 2 µm bis etwa 5 µm oder von etwa 5 µm bis etwa 15 µm liegen. Die Dicke der Beschichtung kann von etwa 5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 1 µm bis etwa 10 µm, von etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 2 µm bis etwa 5 µm oder von etwa 5 µm bis etwa 15 µm reichen. Der Körper des Kühlkörpers kann eine Leitung darin definieren. Der verarmte Bereich kann über und/oder innerhalb mindestens eines Teils der Leitung im Inneren der Kühlkörper angeordnet werden. Der Körper des Kühlkörpers kann einen Fluideinlass und einen Fluidauslass darin definieren. Der verarmte Bereich kann über und/oder innerhalb eines Teils des Körpers angeordnet sein, der mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass durch Fluid verbunden ist. Ein Strahlemitter kann thermisch an den Körper gekoppelt sein. Der Strahlemitter kann in direktem mechanischen Kontakt mit dem Körper angeordnet werden. Ein thermisch bindendes Material kann zwischen dem Strahlemitter und dem Körper angeordnet werden. Der Strahlemitter kann einen Diodenbarren enthalten, im Wesentlichen aus einem Diodenbarren bestehen oder aus einem solchen bestehen, der so konfiguriert ist, dass er eine Vielzahl diskreter Strahlen emittiert. Mindestens zwei (oder sogar alle) der Strahlen können unterschiedliche Wellenlängen haben.
  • In einem anderen Aspekt weisen Ausführungsformen der Erfindung ein wellenlängenstrahlkombinierendes Lasersystem auf, das einen Strahlemitter, eine Fokussieroptik, ein dispersives Element, einen teilreflektierenden Ausgangskoppler und einen Kühlkörper enthält, im Wesentlichen daraus besteht oder aus einem solchen besteht. Der Strahlemitter ist so konfiguriert, dass er eine Vielzahl von diskreten Strahlen emittiert. Zwei oder mehr (oder sogar alle) der Strahlen können unterschiedliche Wellenlängen haben. Die Fokussieroptik überlappt zumindest teilweise die Vielzahl der Strahlen auf das dispersive Element. Das dispersive Element empfängt und zerstreut die empfangenen fokussierten Strahlen. Der teilweise reflektierende Ausgangskoppler ist so positioniert, dass er die dispergierten Strahlen empfängt, einen Teil der dispergierten Strahlen als Ausgangsstrahl mit mehreren Wellenlängen durch ihn hindurch sendet und einen zweiten Teil der dispergierten Strahlen zurück zum dispersiven Element reflektiert (z.B. zurück zum dispersiven Element und von dort zurück zum Strahlsender). Der Kühlkörper ist thermisch an den Strahlemitter gekoppelt. Der Strahlemitter kann in direktem mechanischen Kontakt mit dem Kühlkörper angeordnet werden. Zwischen dem Strahlemitter und dem Kühlkörper kann ein thermisch bindendes Material angeordnet werden. Die Kühlkörper umfasst einen Körper, besteht im Wesentlichen aus einem Körper oder besteht aus einem Körper, einem verarmten Bereich, der über und/oder innerhalb mindestens eines Teils einer Oberfläche des Körpers angeordnet ist, und einer Beschichtung, die innerhalb und/oder über dem verarmten Bereich angeordnet ist. Der Körper enthält einen Metall-Matrix-Verbundwerkstoff aus einem wärmeleitenden Metall und einem Refraktärmetall, besteht im Wesentlichen aus einem solchen oder besteht aus einem solchen. Der Körper enthält das wärmeleitende Metall in einer ersten (von Null verschiedenen) Konzentration. Der verarmte Bereich enthält das Refraktärmetall, besteht im Wesentlichen aus diesem oder besteht aus diesem. Die Beschichtung enthält Diamant, besteht im Wesentlichen aus Diamant oder besteht aus Diamant.
  • Die Ausführungsformen der Erfindung können eine oder mehrere der folgenden Elemente in einer Vielzahl von Kombinationen enthalten. Das dispersive Element kann ein Beugungsgitter (z.B. ein transmissives Beugungsgitter oder ein reflektierendes Beugungsgitter) enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder aus einem solchen bestehen. Der verarmte Bereich kann das wärmeleitende Metall in einer zweiten (von Null verschiedenen) Konzentration enthalten, die niedriger ist als die erste Konzentration. Die Konzentration des wärmeleitenden Metalls im verarmten Bereich kann in einer Richtung weg von der Oberfläche des Körpers zunehmen. Der verarmte Bereich kann im Wesentlichen frei von dem wärmeleitenden Metall sein. Das wärmeleitende Metall kann Cu und/oder Ag enthalten, im Wesentlichen aus Cu und/oder Ag bestehen oder aus diesen bestehen. Das Refraktärmetall kann W, Mo und/oder Ti enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder aus diesen bestehen. Das wärmeleitende Metall kann Cu enthalten, im Wesentlichen aus Cu bestehen oder aus diesem bestehen, und das Refraktärmetall kann W enthalten, im Wesentlichen aus diesem bestehen oder aus diesem bestehen. Die Dicke des verarmten Bereichs kann im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 10 µm, von etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 2 µm bis etwa 5 µm oder von etwa 5 µm bis etwa 15 µm liegen. Die Dicke der Beschichtung kann von etwa 5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 1 µm bis etwa 10 µm, von etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm, von etwa 2 µm bis etwa 5 µm oder von etwa 5 µm bis etwa 15 µm reichen. Der Körper des Kühlkörpers kann eine Leitung darin definieren. Der verarmte Bereich kann über und/oder innerhalb mindestens eines Teils der Leitung im Inneren des Kühlkörpers angeordnet werden. Der Körper des Kühlkörpers kann einen Fluideinlass und einen Fluidauslass darin definieren. Der verarmte Bereich kann über und/oder innerhalb eines Teils des Körpers angeordnet sein, der mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass durch Fluid verbunden ist.
  • Diese und andere Gegenstände, zusammen mit den Vorteilen und Merkmalen der hier offengelegten vorliegenden Erfindung, werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung, die begleitenden Zeichnungen und die Ansprüche verdeutlicht. Ferner ist zu verstehen, dass die Merkmale der verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen sich nicht gegenseitig ausschließen und in verschiedenen Kombinationen und Permutationen vorliegen können. Wie hier verwendet, bedeuten die Begriffe „ungefähr“, „etwa“ und „im Wesentlichen“ ± 10%, und in einigen Ausführungsformen ±5%. Der Begriff „besteht im Wesentlichen aus“ bedeutet den Ausschluss anderer Materialien, die zur Funktion beitragen, sofern hier nicht anders definiert. Nichtsdestotrotz können solche anderen Materialien zusammen oder einzeln in Spurenmengen vorhanden sein. Hier werden die Begriffe „Strahlung“ und „Licht“ austauschbar verwendet, sofern nicht anders angegeben. Hier wird „nachgelagert“ oder „optisch nachgelagert“ verwendet, um die relative Anordnung eines zweiten Elements anzugeben, auf das ein Lichtstrahl auftrifft, nachdem er auf ein erstes Element gestoßen ist, wobei das erste Element „vorgelagert“ oder „optisch vorgelagert“ des zweiten Elements liegt. Dabei ist der „optische Abstand“ zwischen zwei Komponenten der Abstand zwischen zwei Komponenten, der tatsächlich von Lichtstrahlen zurückgelegt wird; der optische Abstand kann, muss aber nicht unbedingt, gleich dem physikalischen Abstand zwischen zwei Komponenten sein, z.B. aufgrund von Reflexionen an Spiegeln oder anderen Änderungen der Ausbreitungsrichtung des Lichts, das sich von einer der Komponenten zur anderen ausbreitet.
  • Figurenliste
  • In den Zeichnungen beziehen sich die Referenzzeichen in den verschiedenen Ansichten im Allgemeinen auf die gleichen Teile. Auch sind die Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu, vielmehr liegt der Schwerpunkt im Allgemeinen auf der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
    • und zeigen eine Seitenansicht bzw. eine perspektivische Ansicht eines verpackten Lasers in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten der Erfindung;
    • ist eine Seitenansicht eines verpackten Lasers in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung;
    • ist eine schematische Darstellung eines Kühlkörpers in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung;
    • ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Kühlkörpers aus ;
    • zeigt den Anteil von nach der Ätzbehandlung in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung;
    • zeigt den Teil von nach der Filmabscheidung in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung;
    • ist eine schematische Darstellung eines Kühlkörpers in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung;
    • zeigt den Kühlkörper der nach der Ätzbehandlung in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung;
    • zeigt den Kühlkörper der nach der Schichtabscheidung in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung;
    • und sind Querschnittschemata von Kühlkörpern in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung; und
    • ist eine schematische Darstellung eines wellenlängenstrahlkombinierenden Lasersystems mit einem verpackten Laser entsprechend den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die und zeigen Teile eines beispielhaft verpackten Lasers 100 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt, enthält der Laser 100 einen Strahlemitter 105, der zwischen zwei Elektrodenhalterungen 110, 115 angeordnet ist. Der Strahlemitter 105 kann z.B. eine Laserdiode, einen Diodenbarren, eine Anordnung von Laserdioden, eine Anordnung von Diodenbarren oder einen oder mehrere oberflächenemittierende Laser mit vertikalem Resonator (VCSEL) enthalten oder im Wesentlichen aus diesen bestehen. Die Elektrodenhalterungen 110, 115 sind thermisch mit dem Strahlemitter 105 verbunden und jeweils mit einer der Elektroden (d.h. der Anode und der Kathode) des Strahlemitters 105 elektrisch verbunden. Zum Beispiel kann die Elektrodenhalterung 110 elektrisch mit der Anode des Strahlemitters 105 und die Elektrodenhalterung 115 elektrisch mit der Kathode des Strahlemitters 105 verbunden sein oder umgekehrt. Die Elektrodenhalterungen 110 und 115 sind in der Regel thermisch und elektrisch hoch leitfähig. Eine Isolierschicht 120 ist um den Strahlemitter 105 und zwischen den Elektrodenhalterungen 110, 115 angeordnet, wodurch die Elektrodenhalterungen 110, 115 elektrisch voneinander isoliert sind (anders als jeder leitende Pfad, der durch den Strahlemitter 105 selbst hergestellt wird). Wie gezeigt, können die Elektrodenhalterungen 110, 115 zusammen und am Strahlemitter 105 befestigt werden, z.B. mit einem oder mehreren Befestigungselementen wie Schrauben, die auch die Elektrodenhalterungen an einem Gehäuse befestigen können (wie unten beschrieben). Leitende Kontakte 125, 130 sind mit den Elektrodenhalterungen 110, 115 verbunden und erstrecken sich von diesen ausgehend, um die Verbindung des Lasers 100 mit z.B. anderen Lasereinrichtungen (in Reihe oder parallel) oder mit einer elektrischen Stromquelle (z.B. einer Stromquelle) zu erleichtern. Der Laser 100 kann auch ein oder mehrere Merkmale enthalten, die in dem am 24. März 2015 eingereichten U.S. Patent Nr. 9,178,333 beschrieben sind und/oder in Übereinstimmung mit diesem Patent hergestellt werden, dessen gesamte Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
  • zeigt ein Lasergerät 300, bei dem eine oder beide Elektrodenhalterungen 110, 115 an einem wärmeleitenden Gehäuse 310 befestigt oder angebracht sind. Das Gehäuse 310 kann einen Gehäusekörper 315 enthalten oder im Wesentlichen aus einem Gehäusekörper 315 bestehen, der mit einer Isolierschicht 320 bedeckt ist, die die elektrische Leitung zwischen der Elektrodenhalterung 110 und dem Gehäusekörper 315 verzögert oder im Wesentlichen verhindert, während die Wärmeleitfähigkeit dazwischen erhalten bleibt. Zum Beispiel kann die Isolierschicht 320 Aluminiumnitrid, Borarsenid, Diamant und/oder Berylliumoxid enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder aus diesen bestehen. In einigen Ausführungsformen kann die Isolierschicht 320 nicht vorhanden sein. Der Gehäusekörper 315 kann ein oder mehrere wärmeleitende Materialien enthalten, im Wesentlichen aus einem oder mehreren wärmeleitenden Materialien bestehen oder aus diesen bestehen. Wie in dargestellt, kann der Gehäusekörper 315 auch einen oder mehrere Kühlkanäle 325 enthalten, durch die ein Kühlmittel (z.B. eine Flüssigkeit wie Wasser) fließen kann, um Wärme aus dem Gehäusekörper abzuführen. Eine Kühlmittelquelle und ein Kühlmittelkörper können über die Kühlmittelverbindungen 330 an den Kühlkanal 325 angeschlossen werden. Ein Kühlmittelreservoir und z.B. ein Wärmetauscher können mit dem Kühlkanal 325 durch ein Fluid verbunden sein und diesen mit Kühlmittel versorgen. Solche Kühlsysteme sind konventionell und können mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne unzumutbare Experimente verwendet werden.
  • In einigen Ausführungsformen wird eine thermische Verbindungsschicht 335 verwendet, um den Kontakt (und damit die Wärmeleitung) zwischen der Elektrodenhalterung 110 und dem Gehäuse 310 zu verbessern, selbst wenn die Isolierschicht 320 eine raue Oberfläche hat. Die thermische Verbindungsschicht 335 kann z.B. ein thermisches Verbindungsmaterial wie ein wärmeleitendes Lötmittel, eine Folie, eine Flüssigkeit, eine Paste oder ein Gelmaterial wie Indium (z.B. Indiumpaste oder -lötmittel) oder Silberpaste enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder aus einem solchen bestehen. Die Dicke der thermischen Verbindungsschicht 335 kann z.B. zwischen ca. 0,5 µm und ca. 150 µm liegen. Die Dicke der Isolierschicht 320 kann z.B. zwischen ca. 5 µm und ca. 150 µm liegen. In verschiedenen Ausführungsformen kann auch eine thermische Verbindungsschicht 335 zwischen dem Strahlemitter 105 und einer oder beiden Elektrodenhalterungen 110, 115 vorhanden sein. Thermische Verbindungsschichten 335 und/oder Teile von Komponenten, die damit in Kontakt stehen, können mit einem Dichtungsmaterial abgedichtet werden, um das Kriechen der thermischen Verbindungsschicht 335 zu minimieren oder zu verhindern, z.B. wie in der U.S. Patentanmeldung Seriennummer 15/006,733, eingereicht am 26. Januar 2016, beschrieben, deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme hierin eingeschlossen ist. Thermische Verbindungsschichten und Laservorrichtungen in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der Erfindung können auch eine oder mehrere Strukturen oder Systeme zur Verhinderung der Bewegung des thermischen Verbindungsmaterials enthalten, wie in der U.S. Patentanmeldung Seriennummer 15/006,693, eingereicht am 26. Januar 2016, beschrieben, deren vollständige Offenbarung durch Bezugnahme in dieses Dokument eingeschlossen ist.
  • Nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Kühlkörper (z.B. Elektrodenhalterungen und/oder Gehäuse) im Wesentlichen ganz oder teilweise mit einer Diamantbeschichtung überzogen, die Wärmeleitung ermöglicht, aber mechanische Festigkeit und Widerstand gegen Erosion und Korrosion bietet. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Kühlkörper einen Metall-Matrix-Verbundwerkstoff (oder eine Pseudolegierung), der sowohl (1) ein oder mehrere wärmeleitende Metalle wie Cu und/oder Ag als auch (2) ein oder mehrere Refraktärmetalle wie W, Mo und/oder Ti enthält, im Wesentlichen daraus besteht oder daraus besteht. Ein beispielhafter Metall-Matrix-Verbundwerkstoff, der in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist CuW, das z.B. zwischen etwa 70% und etwa 80% W enthalten kann, um eine CTE-Anpassung mit verschiedenen Arten von Strahlemittern (oder anderen Halbleiterbauelementen) zu ermöglichen. Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung können andere wärmeleitende Metalle wie Al und/oder Au und/oder andere Refraktärmetalle wie Nb, Ta, Re, Zr, Hf, Ru, Os, Ir und/oder Rh enthalten.
  • In den und ist schematisch eine Kühlkörper 400 dargestellt, der (zumindest teilweise) einen Metall-Matrix-Verbundwerkstoff enthält, der eine diskrete wärmeleitende Phase 410 (die das eine oder die mehreren wärmeleitenden Metalle enthält, im Wesentlichen aus ihnen besteht oder aus ihnen besteht) und eine diskrete Refraktärphase 420 (die das eine oder die mehreren Refraktärmetalle enthält, im Wesentlichen aus ihnen besteht oder aus ihnen besteht) enthält. (Während in einigen Ausführungsformen eine Vermischung an der/den Grenzfläche(n) zwischen den Phasen 410,420 vorhanden sein kann, werden die diskreten Phasenbereiche selbst typischerweise ihr Metall in einer Konzentration von mehr als ungefähr 75%, mehr als ungefähr 80%, mehr als ungefähr 85%, mehr als ungefähr 90%, mehr als ungefähr 95%, mehr als ungefähr 97%, mehr als ungefähr 99% oder mehr als ungefähr 99,5% enthalten, im Wesentlichen aus diesem bestehen oder aus diesem bestehen).
  • Um die Beschichtung des Kühlkörpers 400 mit Diamant zu erleichtern, wird der Kühlkörper 400 (oder ein oder mehrere Teile davon) mit einem Ätzmittel geätzt, das die wärmeleitende Phase 410 (z.B. Cu) entfernt und dabei eine Matrix aus der Refraktärphase 420 (z.B. W) an der Oberfläche der Kühlkörper 400 intakt lässt (oder im Wesentlichen intakt lässt, d.h, ein Teil der Matrix kann entfernt werden, aber die verbleibende Oberfläche enthält, besteht im Wesentlichen aus oder besteht aus mindestens 75 %, mindestens 80 %, mindestens 85 %, mindestens 90 %, mindestens 95 %, mindestens 97 % oder mindestens 99 % der Matrix und nicht aus der wärmeleitenden Phase). Wie in dargestellt, hinterlässt der Ätzprozess typischerweise einen oberflächlichen porösen Bereich 430, der die Refraktärphase 420 einschließt, im Wesentlichen aus ihr besteht oder aus ihr besteht und im Wesentlichen frei von der wärmeleitenden Phase 410 ist (z.B. nicht mehr als 10%, nicht mehr als 5%, nicht mehr als 2%, nicht mehr als 1% oder nicht mehr als 0,5% der wärmeleitenden Phase 410 enthält). In verschiedenen Ausführungsformen wird die wärmeleitende Phase 410 bis zu einer relativ geringen Tiefe weggeätzt (z.B. etwa 1 µm bis etwa 10 µm oder bis zu einer beliebigen Tiefe dazwischen), um die Bildung einer übermäßigen Porosität im Kühlkörper 400 zu vermeiden, die seine Wärmeleitfähigkeit beeinträchtigen könnte. Nach der Entfernung der wärmeleitenden Phase 420 und der Bildung des porösen Bereichs 430 wird eine Beschichtung 440, die Diamant (oder, in einigen Ausführungsformen, diamantähnlichen Kohlenstoff) enthält, im Wesentlichen daraus besteht oder aus diesem besteht, über der geätzten Oberfläche des Kühlkörpers 400 abgeschieden, wie in dargestellt.
  • zeigt schematisch einen weiteren beispielhaften Kühlkörper 400, der z.B. einer Elektrodenhalterung 110, 115 oder einem Gehäuse 310 oder einem anderen Kühlkörper zur Wärmeabfuhr von einem Strahlemitter entsprechen kann. Wie gezeigt, hat der Kühlkörper 400 eine Außenfläche 450 und kann eine oder mehrere interne Leitungen 460 für die Durchleitung eines flüssigen Kühlmittels (z.B. Wasser) enthalten. Während die Leitung 460 als eine einfache lineare Leitung darstellt, umfassen Ausführungsformen der Erfindung Leitungen und Leitungsnetze, die komplexe Merkmale wie Windungen, Verzweigungen usw. aufweisen. In Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der Erfindung werden alle oder ein Teil einer oder mehrerer der freiliegenden Außen- oder Innenflächen (z.B. innerhalb einer Leitung) des Kühlkörpers 400 geätzt, um einen oder mehrere Bestandteile des Kühlkörpermaterials zu entfernen und die Bildung und Haftung einer Diamantbeschichtung darauf zu erleichtern. In einer Ausführungsform wird der Kühlkörper 400 in ein flüssiges Ätzmittel getaucht, das vorzugsweise die wärmeleitende Phase (z.B. Cu) ätzt, während eine aus der Refraktärphase (z.B. W) gebildete Matrix an der Oberfläche des Kühlkörpers 400 intakt bleibt. Das Ätzmittel kann z.B. Eisen(III)-chlorid, eine Mischung aus Essigsäure und Wasserstoffperoxid oder eine Mischung aus Salzsäure und Wasserstoffperoxid enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder daraus bestehen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Ätzmittel z.B. durch Sprühen und nicht durch Eintauchen des Kühlkörpers 400 in das Ätzmittel aufgebracht werden. In verschiedenen Ausführungen können nur ein oder mehrere Teile der freiliegenden (inneren und/oder äußeren) Oberflächen des Kühlkörpers 400 geätzt werden, und der verbleibende Teil bzw. die verbleibenden Teile können mit einem Maskierungsmaterial maskiert werden, welches gegen das aufgebrachte Ätzmittel beständig ist.
  • Wie in dargestellt, bildet der Ätzprozess eine poröse (oder „verarmte“) Region 430 auf der einen oder mehreren geätzten Oberflächen des Kühlkörpers 400, wie auch in dargestellt. Wie oben erwähnt, ist der verarmte Bereich 430, zumindest an seiner Oberfläche, im Wesentlichen frei von der wärmeleitenden Phase (z.B. Cu) des Kühlkörpers 400, und somit umfasst zumindest ein Teil des verarmten Bereichs 430 die Refraktärphase (z.B. W), besteht im Wesentlichen aus dieser oder besteht nur aus dieser. In einigen Ausführungsformen ist zwar der Oberflächenteil (z.B. bis zu einer Tiefe von 0,1 µm bis 1 µm) im Wesentlichen frei von der wärmeleitenden Phase, aber der gesamte oder ein Teil des Rests des verarmten Bereichs 430 enthält eine gewisse Menge dieser Phase, wenn auch in geringerer Konzentration als in der ungeätzten Masse des Kühlkörpers 400. In verschiedenen Ausführungsformen kann diese geringere Menge der wärmeleitenden Phase sogar in ihrer Zusammensetzung abgestuft sein, wobei die Zusammensetzung zum Inneren (d.h. zur ungeätzten Masse) des Kühlkörpers 400 zunimmt.
  • Der Ätzprozess kann ausreichend lange fortgesetzt werden, so dass die Tiefe des verarmten Bereichs 430 z.B. von etwa 1 µm bis etwa 10 µm reicht. In verschiedenen Ausführungsformen kann der verarmte Bereich 430 nach dem Ätzen abgeschliffen oder aufgerauht werden (z.B. durch Abschleifen mit einem Mittel, das ein feines Schleifpulver (z.B. Diamant, SiC oder ein anderes hartes Material) enthält, einschließt, im Wesentlichen daraus besteht oder aus einem solchen besteht), um die Haftung von nachträglich darauf abgeschiedenen Diamantschichten zu verbessern. In verschiedenen anderen Ausführungsformen wird kein solcher zusätzlicher Abriebschritt verwendet oder benötigt.
  • Wie in dargestellt, wird nach der Bildung der verarmten Region 430 eine Diamantschicht 440 über dem Kühlkörper 400 abgeschieden. Das Fehlen der wärmeleitenden Phase (sowie, in verschiedenen Ausführungsformen, der porösen Struktur der geätzten Oberfläche) innerhalb der verarmten Region 430 erleichtert die Bildung und Haftung der Diamantbeschichtung 440 auf den Kühlkörper 400. In verschiedenen Ausführungsformen hat die Diamantbeschichtung 440 eine Dicke von z.B. etwa 5 µm bis etwa 50 µm. In verschiedenen Ausführungsformen hat die Diamantbeschichtung 440 eine Dicke von mehr als etwa 20 µm. In verschiedenen Ausführungsformen hat die Diamantbeschichtung 440 eine Dicke, die ausreicht, um etwaige Nadellöcher oder Porositäten in der Diamantbeschichtung 440, die ihre Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigen könnten, zu verschließen oder abzudecken.
  • Die Diamantbeschichtung 440 kann mit bekannten Techniken ohne unzumutbare Experimente abgeschieden werden. In verschiedenen Ausführungen wird die Diamantschicht 440 durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) abgeschieden, z.B. durch plasmagestütztes CVD oder Heißfilament CVD. In verschiedenen Ausführungen ist die Abscheidungstemperatur der Diamantbeschichtung 440 ausreichend niedrig, um ein Verdampfen oder Schmelzen der verbleibenden wärmeleitenden Komponente des Kühlkörpers 400 zu verhindern, die typischerweise einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Refraktärkomponente hat. So liegt die Abscheidungstemperatur in verschiedenen Ausführungsformen unter etwa 900°C, z.B. zwischen etwa 700° und etwa 900°C. Die Diamantbeschichtung 440 kann unter Verwendung von Vorstufen abgeschieden werden, die eine Wasserstoffquelle (z.B. Wasserstoffgas) und eine Kohlenstoffquelle (z.B. ein Gas wie Methan) enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder aus einer solchen bestehen. Bei Ausführungsformen, die plasmagestützte CVD verwenden, kann ein Plasma von mindestens einem der Vorstufen gebildet werden, z.B. durch Radiofrequenz (RF) (Wechselstrom (AC)) Frequenz- oder Gleichstrom (DC) Entladung zwischen zwei Elektroden innerhalb des Abscheidungsreaktors. Nach der Abscheidung der Diamantbeschichtung 440 kann der Kühlkörper 400 an einen Strahlemitter angekoppelt und/oder einer stagnierenden und/oder strömenden Kühlflüssigkeit (z.B. Wasser) zum thermischen Management ausgesetzt werden.
  • Die und zeigen schematisch weitere Beispiele von Kühlkörpern 400, die im Wesentlichen ganz oder teilweise mit einer Diamantbeschichtung entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschichtet sein können. Wie gezeigt, zeigt eine Kühlkörper 400, die den seitlichen Kühlmittelfluss zur Kühlung eines darauf oder darüber angeordneten Strahlemitters 105 in der Art eines „Mikrokanalkühlers“ nutzt. Wie gezeigt, kann die Kühlkörper 400 eine Elektrodenhalterung (oder einen „Leiter“) 500, auf der der Strahlemitter 105 angeordnet ist, und unterhalb des Leiters 500 ein Gehäuse 510, das eine oder mehrere Leitungen 460 darin definiert, um ein Wärmeübertragungsfluid 530 hindurch zu leiten, enthalten oder im Wesentlichen daraus bestehen oder daraus bestehen. Insbesondere leitet der Fluss der Wärmeübertragungsflüssigkeit 530 (die z.B. Wasser enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder aus diesem bestehen kann) die Wärme vom Leiter 500 und dem Strahlsender 510 weg. Wie hier beschrieben, können eine oder mehrere Oberflächen des Leiters 500 und/oder des Gehäuses 510 geätzt und mit einer Diamantbeschichtung 440 zum Schutz vor Erosion und/oder Korrosion infolge der Einwirkung der Wärmeübertragungsflüssigkeit 530 überzogen sein. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Leiter 500 den Metall-Matrix-Verbundstoff, der eine diskrete wärmeleitende Phase 410 (die das eine oder die mehreren wärmeleitenden Metalle umfasst, im Wesentlichen aus ihnen besteht oder aus ihnen besteht) und eine diskrete Refraktärphase 420 (die das eine oder die mehreren Refraktärmetalle umfasst, im Wesentlichen aus ihnen besteht oder aus ihnen besteht) enthält, im Wesentlichen daraus besteht oder daraus besteht. Wie in dargestellt, kann die gesamte oder ein Teil der Oberfläche des Leiters 500 (z.B. der Teil bzw. die Teile der Oberfläche, die der Wärmeübertragungsflüssigkeit 530 ausgesetzt werden sollen) geätzt und mit einer Diamantbeschichtung 440 überzogen werden, und der Leiter 500 kann anschließend mit dem Gehäuse 510 verbunden oder abgedichtet werden (z.B. durch Hart- oder Weichlöten oder durch Einklemmen mit einer Dichtung (z.B. einem oder mehreren O-Ringen) dazwischen). Bei anderen Ausführungen kann das Gehäuse 510 ganz oder teilweise (z.B. der Teil bzw. die Teile der Oberfläche, die der Wärmeübertragungsflüssigkeit 530 ausgesetzt werden sollen) auch geätzt und mit einer Diamantschicht 440 überzogen werden.
  • zeigt einen beispielhaften Kühlkörper 400, der gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann und der dem in dargestellten Kühlkörper 400 ähnlich ist. In weist der Kühlkörper 400 ein Gehäuse 510 auf, in dem eine oder mehrere Leitungen 460 definiert sind, die die Wärmeübertragungsflüssigkeit 530 so durchleiten, dass die Wärmeübertragungsflüssigkeit 530 vertikal auf die Unterseite der Leitung 500 auftrifft. Beispiele für solche Kühlkörper finden sich z.B. in der am 20. Juni 2017 eingereichten US-Patentanmeldung Serial No. 15/627,917 , deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme hierin eingeschlossen ist. Wie bei dem in dargestellten Kühlkörper 400 kann bei dem in dargestellten Kühlkörper 400 die gesamte oder ein Teil der Oberfläche des Leiters 500 und/oder des Gehäuses 510 geätzt und mit Diamant beschichtet werden, und der Leiter 500 kann mit dem Gehäuse 510 entweder vor oder nach der Ätz- und Beschichtungsbildung verbunden oder abgedichtet werden (z.B. durch Hart- oder Weichlöten oder durch Einklemmen mit einer Dichtung (z.B. einem oder mehreren O-Ringen) dazwischen).
  • In verschiedenen Ausführungen werden nur ein oder mehrere Teile der Oberfläche des Kühlkörpers 400 geätzt, um die wärmeleitende Phase zu entfernen und die Diamantbeschichtung darauf abzulagern. Beispielsweise können Bereiche, in denen die Diamantbeschichtung nicht erwünscht ist, durch Abscheidung oder Bildung eines Maskierungsmaterials maskiert werden, das für das Ätzmittel, das zur Entfernung der wärmeleitenden Phase von der freiliegenden Oberfläche des Kühlkörpers verwendet wird, im Wesentlichen undurchlässig ist. Das Maskierungsmaterial kann daher z.B. Photoresist, Wachs, eine Isolatorschicht wie eine Oxid- und/oder Nitridschicht usw. enthalten, im Wesentlichen aus diesen bestehen oder aus diesen bestehen. Nachdem Teile des Kühlkörpers selektiv geätzt worden sind, kann das Maskierungsmaterial entfernt werden (z.B. durch ein Ätzmittel oder ein anderes Entfernungsmittel). Eine solche Maskenbildung und -entfernung kann vom Durchschnittsfachmann ohne unzumutbare Experimente durchgeführt werden. Die Diamantbeschichtung kann über den teilweise geätzten Kühlkörper abgeschieden werden, und die Diamantbeschichtung kann im Wesentlichen nur auf geätzten Teile des Kühlkörpers haften. Zum Beispiel kann jede Beschichtung, die sich auf ungeätzten Teilen des Kühlkörpers gebildet hat, nachträglich leicht durch mechanische Kraft (z.B. Schleifen, Polieren usw.) entfernt werden.
  • Verpackte Laser in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in WBC-Lasersystemen verwendet werden. zeigt ein beispielhaftes WBC-Lasersystem 600, das einen verpackten Laser 605 verwendet. Der verpackte Laser 605 kann z.B. einen Strahlemitter enthalten, der auf einem Kühlkörper angeordnet ist, der wie hier beschrieben vorbereitet wurde (z.B. der Kühlkörper 400). Der verpackte Laser 605 kann z.B. den verpackten Lasern 100 oder 300 ähnlich sein. Im Beispiel von weist der Laser 605 einen Diodenbarren mit vier Strahlemittern auf, die die Strahlen 610 aussenden (siehe vergrößerte Eingangsansicht 615), aber Ausführungsformen der Erfindung können Diodenbarren verwenden, die eine beliebige Anzahl von Einzelstrahlen oder zweidimensionale Arrays oder Stapel von Dioden oder Diodenbarren aussenden. In der Ansicht 615 wird jeder Strahl 610 durch eine Linie angezeigt, wobei die Länge oder längere Dimension der Linie die langsame divergierende Dimension des Strahls und die Höhe oder kürzere Dimension die schnelle divergierende Dimension darstellt.
  • Eine Kollimationsoptik 620 kann verwendet werden, um jeden Strahl 610 entlang der schnellen Dimension zu kollimieren. Transformationsoptik(en) 625, die eine oder mehrere zylindrische oder sphärische Linsen und/oder Spiegel enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen oder aus diesen bestehen können, werden verwendet, um jeden Strahl 610 entlang einer WBC-Richtung 630 zu kombinieren. Die Transformationsoptik 625 überlagert dann den kombinierten Strahl auf ein dispersives Element 635 (das z.B. ein Beugungsgitter wie ein reflektierendes oder transmissives Beugungsgitter enthält, im Wesentlichen daraus besteht oder daraus besteht), und der kombinierte Strahl wird dann als einzelnes Ausgangsprofil auf einen Ausgangskoppler 640 übertragen. Der Ausgabekoppler 640 überträgt dann die kombinierten Strahlen 645, wie auf der Ausgabefrontansicht 650 dargestellt. Der Ausgangskoppler 640 ist in der Regel teilreflektierend und fungiert als gemeinsame Frontfacette für alle Laserelemente in diesem System mit externem Resonator 600. Ein externer Resonator ist ein Lasersystem, bei dem der Sekundärspiegel in einem Abstand von der Emissionsapertur oder -facette jedes Laseremitters verschoben wird. In einigen Ausführungsformen werden zusätzliche Optiken zwischen der Emissionsapertur oder -facette und dem Ausgangskoppler oder der teilreflektierenden Oberfläche angebracht.
  • Die hier verwendeten Begriffe und Ausdrücke dienen der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es ist nicht beabsichtigt, bei der Verwendung solcher Begriffe und Ausdrücke Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder Teile davon auszuschließen, aber es wird anerkannt, dass im Rahmen der beanspruchten Erfindung verschiedene Modifikationen möglich sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62607378 [0001]
    • US 6192062 [0003]
    • US 6208679 [0003]
    • US 8670180 [0003]
    • US 8559107 [0003]
    • US 9178333 [0036]
    • US 15627917 [0048]

Claims (73)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Kühlkörpers, der einen Metall-Matrix-Verbundwerkstoff aus einem wärmeleitenden Metall und einem Refraktärmetall umfasst; Ätzen mindestens eines Teils einer Oberfläche des Kühlkörpers, um darauf einen verarmten Bereich zu bilden, der das Refraktärmetall umfasst und im Wesentlichen frei von dem wärmeleitenden Metall ist, und Abscheiden einer Diamant enthaltenden Beschichtung über der verarmten Region.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das wärmeleitende Metall mindestens eines der Elemente Cu oder Ag enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Refraktärmetall mindestens eines der Elemente W, Mo oder Ti umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei (i) das wärmeleitende Metall Cu umfasst und (ii) das Refraktärmetall W umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung durch chemische Gasphasenabscheidung abgeschieden wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Dicke des verarmten Bereichs im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 10 µm liegt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Beschichtung im Bereich von etwa 5 µm bis etwa 20 µm liegt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil der Oberfläche des Kühlkörpers unter Verwendung einer Lösung geätzt wird, die (i) Eisen(III)-chlorid, (ii) Essigsäure und Wasserstoffperoxid oder (iii) Salzsäure und Wasserstoffperoxid enthält.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil der Oberfläche des Kühlkörpers innerhalb eines Kanals innerhalb des Kühlkörpers angeordnet ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei (i) der Kühlkörper einen Fluideinlass und einen Fluidauslass umfasst und (ii) der mindestens eine Teil der Oberfläche des Kühlkörpers in einem Teil des Kühlkörpers angeordnet ist, der mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass durch Fluid verbunden ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das thermische Koppeln eines Strahlemitters mit dem Kühlkörper.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein erster Abschnitt der Oberfläche des Kühlkörpers geätzt wird, und ferner umfassend vor dem Ätzen des ersten Abschnitts der Oberfläche des Kühlkörpers das Maskieren eines zweiten Abschnitts der Oberfläche des Kühlkörpers, um dessen Ätzen zu verhindern.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Aufrauen mindestens eines Teils des verarmten Bereichs vor der Abscheidung der Beschichtung.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Kühlkörpers, der einen Metall-Matrix-Verbundwerkstoff aus einem wärmeleitenden Metall und einem Refraktärmetall umfasst, wobei der Kühlkörper das wärmeleitende Metall in einer ersten Konzentration enthält; Ätzen mindestens eines Teils einer Oberfläche des Kühlkörpers, um mindestens einen Teil des wärmeleitenden Metalls davon zu verarmen, wodurch auf dem mindestens einen Teil der Oberfläche ein verarmter Bereich gebildet wird, der das Refraktärmetall umfasst; und Abscheiden einer Diamant enthaltenden Beschichtung über der verarmten Region.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der verarmte Bereich das wärmeleitende Metall in einer zweiten Konzentration umfasst, die niedriger ist als die erste Konzentration.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Konzentration des wärmeleitenden Metalls in dem verarmten Bereich in einer Richtung weg von der Oberfläche des Kühlkörpers zunimmt.
  17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der verarmte Bereich im Wesentlichen frei von dem wärmeleitenden Metall ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das wärmeleitende Metall mindestens eines von Cu oder Ag umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Refraktärmetall mindestens eines der Elemente W, Mo oder Ti enthält.
  20. Verfahren nach Anspruch 14, wobei (i) das wärmeleitende Metall Cu umfasst und (ii) das Refraktärmetall W umfasst.
  21. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Beschichtung durch chemische Gasphasenabscheidung abgeschieden wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Dicke des verarmten Bereichs im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 10 µm liegt.
  23. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Dicke der Beschichtung im Bereich von etwa 5 µm bis etwa 20 µm liegt.
  24. Verfahren nach Anspruch 14, wobei mindestens ein Teil der Oberfläche des Kühlkörpers unter Verwendung einer Lösung geätzt wird, die (i) Eisen(III)-chlorid, (ii) Essigsäure und Wasserstoffperoxid oder (iii) Salzsäure und Wasserstoffperoxid enthält.
  25. Verfahren nach Anspruch 14, wobei mindestens ein Teil der Oberfläche des Kühlkörpers innerhalb einer Leitung innerhalb des Kühlkörpers angeordnet ist.
  26. Verfahren nach Anspruch 14, wobei (i) der Kühlkörper einen Fluideinlass und einen Fluidauslass umfasst und (ii) der mindestens einen Teil der Oberfläche des Kühlkörpers in einem Teil des Kühlkörpers angeordnet ist, der mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass durch Fluid verbunden ist.
  27. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend die thermische Kopplung eines Strahlemitters mit dem Kühlkörper.
  28. Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein erster Abschnitt der Oberfläche des Kühlkörpers geätzt wird, und ferner umfassend vor dem Ätzen des ersten Abschnitts der Oberfläche des Kühlkörpers das Maskieren eines zweiten Abschnitts der Oberfläche des Kühlkörpers, um dessen Ätzen zu verhindern.
  29. Verfahren nach Anspruch 14 ferner umfassend das Aufrauen mindestens eines Teils des verarmten Bereichs vor der Abscheidung der Beschichtung.
  30. Kühlkörper umfassend: einen Körper, der (i) einen Metall-Matrix-Verbundwerkstoff aus einem wärmeleitenden Metall und ein Refraktärmetall umfasst und (ii) so konfiguriert ist, dass er thermisch an einen Strahlemitter gekoppelt werden kann; angeordnet über mindestens einen Teil einer Oberfläche des Körpers ein verarmter Bereich der das Refraktärmetall enthält und im Wesentlichen frei von dem wärmeleitenden Metall ist, und angeordnet innerhalb und/oder über der verarmten Region, eine Beschichtung, die Diamant enthält.
  31. Kühlkörper nach Anspruch 30, wobei das wärmeleitende Metall mindestens eines der Elemente Cu oder Ag umfasst.
  32. Kühlkörper nach Anspruch 30, wobei das Refraktärmetall mindestens eines der Elemente W, Mo oder Ti umfasst.
  33. Kühlkörper nach Anspruch 30, wobei (i) das wärmeleitende Metall Cu und (ii) das Refraktärmetall W umfasst.
  34. Kühlkörper nach Anspruch 30, wobei die Dicke des verarmten Bereichs im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 10 µm liegt.
  35. Kühlkörper nach Anspruch 30, wobei die Dicke der Beschichtung im Bereich von etwa 5 µm bis etwa 20 µm liegt.
  36. Kühlkörper nach Anspruch 30, wobei der Körper des Kühlkörpers eine Leitung darin definiert und der verarmte Bereich über mindestens einem Teil der Leitung innerhalb des Kühlkörpers angeordnet ist.
  37. Kühlkörper nach Anspruch 30, wobei der Körper des Kühlkörpers einen Fluideinlass und einen Fluidauslass darin definiert und der verarmte Bereich über einem Teil des Körpers angeordnet ist, der mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass durch Fluid verbunden ist.
  38. Kühlkörper nach Anspruch 30, ferner umfassend einen thermisch an den Körper gekoppelten Strahlemitter.
  39. Kühlkörper nach Anspruch 38, wobei der Strahlemitter einen Diodenbarren umfasst, der so konfiguriert ist, dass er eine Vielzahl diskreter Strahlen emittiert.
  40. Wellenlängenstrahlkombinierendes Lasersystem umfassend: einen Strahlemitter, der so konfiguriert ist, dass er eine Vielzahl von diskreten Strahlen aussendet; eine Fokussierungsoptik für ein zumindest teilweises Überlappen der Vielzahl von Strahlen auf ein dispersives Element; ein dispersives Element zum Empfangen und zum Streuen der empfangenen fokussierten Strahlen; einen teilweise reflektierenden Ausgangskoppler, der so positioniert ist, dass er die dispergierten Strahlen empfängt, einen Teil der dispergierten Strahlen als Mehrwellenlängen-Ausgangsstrahl durch ihn hindurch sendet und einen zweiten Teil der dispergierten Strahlen zurück zum dispersiven Element reflektiert; und ein Kühlkörper, der thermisch an den Strahlemitter gekoppelt ist, wobei der Kühlkörper (i) einen Körper, der einen Metall-Matrix-Verbundwerkstoff aus einem wärmeleitenden Metall und einem Refraktärmetall, (ii) einen über mindestens einem Teil einer Oberfläche des Körpers angeordneten verarmten Bereich, der das Refraktärmetall umfasst und im Wesentlichen frei von dem wärmeleitenden Metall ist, und (iii) eine innerhalb und/oder über dem verarmten Bereich angeordnete Beschichtung, die Diamant umfasst, umfasst.
  41. Lasersystem nach Anspruch 40, wobei das dispersive Element ein Beugungsgitter umfasst.
  42. Lasersystem nach Anspruch 40, wobei das wärmeleitende Metall mindestens eines der Elemente Cu oder Ag enthält.
  43. Lasersystem nach Anspruch 40, wobei das Refraktärmetall mindestens eines der Elemente W, Mo oder Ti enthält.
  44. Lasersystem nach Anspruch 40, wobei (i) das wärmeleitende Metall Cu umfasst und (ii) das Refraktärmetall W umfasst.
  45. Lasersystem nach Anspruch 40, wobei die Dicke des verarmten Bereichs im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 10 µm liegt.
  46. Lasersystem nach Anspruch 40, wobei die Dicke der Beschichtung im Bereich von etwa 5 µm bis etwa 20 µm liegt.
  47. Lasersystem nach Anspruch 40, wobei der Körper des Kühlkörpers eine Leitung darin definiert und der verarmte Bereich über mindestens einem Teil der Leitung innerhalb des Kühlkörpers angeordnet ist.
  48. Lasersystem nach Anspruch 40, wobei der Körper des Kühlkörpers einen Fluideinlass und einen Fluidauslass darin definiert und der verarmte Bereich über einem Teil des Körpers angeordnet ist, der mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass durch ein Fluid verbunden ist.
  49. Kühlkörper umfassend: einen Körper, (i) der einen Metall-Matrix-Verbundwerkstoff aus einem wärmeleitenden Metall und einem Refraktärmetall umfasst und (ii) so konfiguriert ist, dass er thermisch an einen Strahlemitter gekoppelt ist, wobei der Körper das wärmeleitende Metall in einer ersten Konzentration enthält; angeordnet über mindestens einen Teil einer Oberfläche des Körpers, ein verarmter Bereich der das Refraktärmetall enthält; und angeordnet innerhalb und/oder über der verarmten Region, eine Beschichtung, die Diamant enthält.
  50. Kühlkörper nach Anspruch 49, wobei der verarmte Bereich das wärmeleitende Metall in einer zweiten Konzentration umfasst, die niedriger ist als die erste Konzentration.
  51. Kühlkörper nach Anspruch 50, wobei die Konzentration des wärmeleitenden Metalls in dem verarmten Bereich in einer Richtung weg von der Körperoberfläche zunimmt.
  52. Kühlkörper nach Anspruch 49, wobei der verarmte Bereich im Wesentlichen frei von dem wärmeleitenden Metall ist.
  53. Kühlkörper nach Anspruch 49, wobei das wärmeleitende Metall mindestens eines der Elemente Cu oder Ag umfasst.
  54. Kühlkörper nach Anspruch 49, wobei das Refraktärmetall mindestens eines der Elemente W, Mo oder Ti enthält.
  55. Kühlkörper nach Anspruch 49, wobei (i) das wärmeleitende Metall Cu umfasst und (ii) das Refraktärmetall W umfasst.
  56. Kühlkörper nach Anspruch 49, wobei die Dicke des verarmten Bereichs im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 10 µm liegt.
  57. Kühlkörper nach Anspruch 49, wobei die Dicke der Beschichtung im Bereich von etwa 5 µm bis etwa 20 µm liegt.
  58. Kühlkörper nach Anspruch 49, wobei der Körper des Kühlkörpers eine Leitung darin definiert und der verarmte Bereich über mindestens einem Teil der Leitung innerhalb des Kühlkörpers angeordnet ist.
  59. Kühlkörper nach Anspruch 49, wobei der Körper des Kühlkörpers einen Fluideinlass und einen Fluidauslass darin definiert und der verarmte Bereich über einem Teil des Körpers angeordnet ist, der mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass durch Fluid verbunden ist.
  60. Kühlkörper nach Anspruch 49, ferner umfassend einen thermisch an den Körper gekoppelten Strahlemitter.
  61. Kühlkörper nach Anspruch 60, wobei der Strahlemitter einen Diodenbarren umfasst, der so konfiguriert ist, dass er eine Vielzahl von diskreten Strahlen emittiert.
  62. Wellenlängenstrahlkombinierendes Lasersystem umfassend: einen Strahlemitter, der so konfiguriert ist, dass er eine Vielzahl von diskreten Strahlen aussendet; eine Fokussierungsoptik für die zumindest teilweise Überlappung der Vielzahl von Strahlen auf ein dispersives Element; ein dispersives Element zum Empfangen und zum Streuen der empfangenen fokussierten Strahlen; einen teilweise reflektierenden Ausgangskoppler, der so positioniert ist, dass er die dispergierten Strahlen empfängt, einen Teil der dispergierten Strahlen als Mehrwellenlängen-Ausgangsstrahl durch ihn hindurch sendet und einen zweiten Teil der dispergierten Strahlen zurück zum dispersiven Element reflektiert; und ein Kühlkörper, der thermisch an den Strahlemitter gekoppelt ist, wobei der Kühlkörper (a) einen Körper (i), der einen Metall-Matrix-Verbundwerkstoff aus einem wärmeleitenden Metall und einem Refraktärmetall umfasst und (ii) das wärmeleitende Metall in einer ersten Konzentration enthält, (b) einen über mindestens einem Teil einer Oberfläche des Körpers angeordneten verarmten Bereich, der das Refraktätmetall umfasst, und (c) eine innerhalb und/oder über dem verarmten Bereich angeordnete Beschichtung, die Diamant umfasst, umfasst.
  63. Lasersystem nach Anspruch 62, wobei das dispersive Element ein Beugungsgitter umfasst.
  64. Lasersystem nach Anspruch 62, wobei der verarmte Bereich das wärmeleitende Metall in einer zweiten Konzentration umfasst, die niedriger ist als die erste Konzentration.
  65. Lasersystem nach Anspruch 64, wobei die Konzentration des wärmeleitenden Metalls in dem verarmten Bereich in einer Richtung weg von der Oberfläche des Körpers zunimmt.
  66. Lasersystem nach Anspruch 62, wobei der verarmte Bereich im Wesentlichen frei von dem wärmeleitenden Metall ist.
  67. Lasersystem nach Anspruch 62, wobei das wärmeleitende Metall mindestens eines der Elemente Cu oder Ag enthält.
  68. Lasersystem nach Anspruch 62, wobei das Refraktärmetall mindestens eines der Elemente W, Mo oder Ti enthält.
  69. Lasersystem nach Anspruch 62, wobei (i) das wärmeleitende Metall Cu umfasst und (ii) das Refraktärmetall W umfasst.
  70. Lasersystem nach Anspruch 62, wobei die Dicke des verarmten Bereichs im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 10 µm liegt.
  71. Lasersystem nach Anspruch 62, wobei die Dicke der Beschichtung im Bereich von etwa 5 µm bis etwa 20 µm liegt.
  72. Lasersystem nach Anspruch 62, wobei der Körper des Kühlkörpers eine Leitung darin definiert und der verarmte Bereich über mindestens einem Teil der Leitung innerhalb des Kühlkörpers angeordnet ist.
  73. Lasersystem nach Anspruch 62, wobei der Körper des Kühlkörpers einen Fluideinlass und einen Fluidauslass darin definiert und der verarmte Bereich über einem Teil des Körpers angeordnet ist, der mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass durch Fluid verbunden ist.
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