DE20221664U1

DE20221664U1 - Diode laser arrangement, has diode lasers electrically connected in parallel to bypass arrangement that is highly resistive in normal operation, where diode lasers bypass in case of high impedance defective low impedance

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Publication number: DE20221664U1
Application number: DE20221664U
Authority: DE
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Rofin Sinar Laser GmbH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Rofin Sinar Laser GmbH
Priority date: 2002-03-02
Filing date: 2002-03-02
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2012-03-03

Abstract

The arrangement has a set of diode lasers (2), where each diode laser is electrically connected in parallel to a bypass arrangement (4). Each bypass arrangement is highly resistive in a normal operation, and the diode lasers bypass in case of high impedance defective low impedance. The bypass arrangement is self-connected, and each diode laser contains a diode laser bar that is arranged on a cooling and contacting unit.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Diodenlaseranordnung mit einer Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Diodenlasern.The The invention relates to a diode laser array having a plurality electrically connected in series diode lasers.

Hochleistungsdiodenlaser weisen eine Vielzahl möglicher Anwendungsgebiete auf, zu denen unter anderem das Pumpen von Festkörperlasern oder die Materialbearbeitung gehören. Ein Hochleistungsdiodenlaser enthält als laseraktives Element eine quaderförmige Halbleiterstruktur, den sogenannten Diodenlaserbarren, die aus mehreren, nebeneinander angeordneten, elektrisch parallel geschalteten Einzelemittern besteht. Ein solcher Diodenlaserbarren ist typischerweise etwa 10 mm lang, 0,3–2,0 mm breit und 0,1–0,15 mm hoch. Das in den pn-Übergängen erzeugte Laserlicht tritt an der Längsseite des Diodenlaserbarrens aus. Der Diodenlaserbarren ist zwischen einer Grund- und Deckplatte angeordnet, die sowohl zur elektrischen Kontaktierung als auch zur Kühlung dienen. Das Bauelement bestehend aus Diodenlaserbarren, elektrischen Kontakten und Kühlung wird als Diodenlaser bezeichnet. Die typischen optischen Ausgangsleistungen eines solchen Diodenlasers reichen, abhängig von Ausführung und Betriebsart, von ca. 1 W bis zu mehreren 100 W.High-power diode lasers have a variety of possible Applications include, inter alia, the pumping of solid state lasers or the material processing belong. A high-power diode laser contains a laser-active element cuboid Semiconductor structure, the so-called diode laser bar, which consists of several arranged side by side, electrically parallel single emitters consists. Such a diode laser bar is typically about 10 mm long, 0.3-2.0 mm wide and 0.1-0.15 mm high. That generated in the pn junctions Laser light occurs on the long side of the diode laser bar. The diode laser bar is between a Base and cover plate arranged, both for electrical contacting as well as for cooling serve. The component consisting of diode laser bars, electrical Contacts and cooling is called a diode laser. The typical optical output powers range of such a diode laser, depending on execution and Operating mode, from approx. 1 W to several 100 W.

Zur weiteren Erhöhung der Ausgangsleistung werden mehrere Diodenlaser geometrisch nebeneinander (= horizontaler Stapel bzw. horizontaler Stack) und/oder übereinander (= vertikaler Stapel bzw. vertikaler Stack) angeordnet.to further increase The output power will be several diode lasers next to each other geometrically (= horizontal stack or horizontal stack) and / or on top of each other (= vertical stack or vertical stack) arranged.

In einem solchen Stapel werden typischerweise etwa 2 bis zu einigen 100 Diodenlasern elektrisch in Reihe geschaltet. Beim Betrieb des Stapels kann es zum Ausfall einer oder mehrerer der im Stapel angeordneten Diodenlaser, beispielsweise durch spontane Zerstörung des Diodenlaserbarrens bzw. durch Versagen der elektrischen Kontaktierung des Diodenlaserbarrens, kommen. Durch einen solchen hochohmigen Defekt eines einzelnen Diodenlasers wird nun der durch die Reihenschaltung im Stapel fließende Strom unterbrochen, so dass der gesamte Stapel ausfällt. Es muss demzufolge wegen des Ausfalls eines einzigen Diodenlasers der gesamte Stapel ausgetauscht werden. Dies kann zu einem Betriebsausfall der gesamten Laseranlage führen, der mit einem erheblichen wirtschaftlichen Schaden verbunden sein kann. Ein solcher Betriebsausfall könnte prinzipiell durch redundante Anordnungen mit parallelgeschalteten Diodenlaserstapeln vermieden werden. Dies würde jedoch zu erheblich höheren Kosten der Laserquelle führen.In Typically, such a stack will be about 2 to some 100 diode lasers electrically connected in series. When operating the Stacks may fail one or more of the stacked ones Diode laser, for example by spontaneous destruction of the diode laser bar or by failure of the electrical contacting of the diode laser bar, come. By such a high impedance defect of a single diode laser is now interrupted by the series circuit in the stack current, so that the entire stack fails. It must therefore because of the failure of a single diode laser the entire stack to be replaced. This can lead to a business failure lead the entire laser system, which could be associated with significant economic damage can. Such a breakdown could in principle by redundant Arrangements with parallel diode laser stacks avoided become. This would but to much higher Cost of the laser source lead.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine Diodenlaseranordnung mit einer Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Diodenlasern anzugeben, die auch bei Ausfall eines einzelnen Diodenlasers weiter betrieben werden kann.Of the Invention is now based on the object, a diode laser array indicate with a plurality of diode lasers connected in series which continues to operate even if one single diode laser fails can be.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einer Diodenlaseranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Da jedem der elektrisch in Reihe geschalteten Diodenlaser zumindest eine Bypassanordnung elektrisch parallel geschaltet ist, die im Normalbetrieb hochohmig ist und den jeweiligen Diodenlaser im Falle eines hochohmigen Defektes niederohmig überbrückt, ist trotz des Ausfalls eines Diodenlasers sichergestellt, dass der Stromfluss durch die übrigen, zu dem ausgefallenen Diodenlaser in Reihe geschalteten Diodenlaser nicht unterbrochen ist. Der gesamte Stapel kann mit nur vernachlässigbarer Leistungsverringerung weiter betrieben werden, so dass gegebenenfalls erforderliche Austausch- oder Reparaturarbeiten auf geplante Stillstandszeiten der mit dieser Diodenlaseranordnung bestückten Laseranlage verschoben werden können.The said object is according to the invention solved with a diode laser arrangement with the features of claim 1. Since each of the electrically connected in series diode laser at least a bypass arrangement is electrically connected in parallel, which in the Normal operation is high impedance and the respective diode laser in the case a high-impedance defect bridged low impedance, despite the failure a diode laser ensures that the current flow through the remaining, to the failed diode laser in series diode lasers is not interrupted. The entire stack can only be neglected Power reduction continues to operate, so if necessary Required replacement or repair work on planned downtime moved the equipped with this diode laser array laser system can be.

Optional kann der Diodenlaserstapel mit redundanten Diodenlasern bestückt werden oder eine Leistungsreserve vorgehalten werden, so dass die geplante Nennleistung des Diodenlaserstapels bei Ausfall einzelner Diodenlaser nicht unterschritten wird.optional The diode laser stack can be equipped with redundant diode lasers or a reserve of power so that the planned Rated power of the diode laser stack in case of failure of individual diode lasers not fallen below.

Die Begriffe „niederohmig" und „hochohmig" sind dabei folgendermaßen zu verstehen: Der Widerstand der Bypassanordnung ist im Normalbetrieb so groß, dass die Verlustleistung der Bypassanordnung kleiner ist als die Leistungsaufnahme des Diodenlasers. Vorzugsweise ist die Verlustleistung kleiner als 1/10 der Leistungsaufnahme. Im Überbrückungsfall sinkt der Widerstand der Bypassanordnung auf einen Wert, der die Größenordnung des Widerstandes des Diodenlasers im Normalbetrieb nicht wesentlich überschreitet, vorzugsweise deutlich niedriger als dieser ist. Dabei ist zu beachten, dass der Stromfluß sowohl im Diodenlaser als auch in der Bypassanordnung durch den ohmschen Widerstand und durch eine charakteristische Spannungsschwelle, die durch die Diffusionsspannung (im Fall einer Diodencharakteristik) oder die Zünd- oder Schwellwertspannung (im Fall von Thyristoren oder Transistoren) beeinflusst wird.The The terms "low-resistance" and "high-resistance" are to be understood as follows: The resistance of the bypass arrangement is so large in normal operation that the power loss of the bypass arrangement is smaller than the power consumption of the diode laser. Preferably, the power loss is less than 1/10 the power consumption. In the case of bridging sinks the resistance of the bypass arrangement to a value of the order of magnitude the resistance of the diode laser in normal operation does not significantly exceed, preferably significantly lower than this. It should be noted, that the current flow both in the diode laser as well as in the bypass arrangement by the ohmic Resistance and by a characteristic voltage threshold, the by the diffusion voltage (in the case of a diode characteristic) or the ignition or threshold voltage (in the case of thyristors or transistors) being affected.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine selbstschaltende Bypassanordnung vorgesehen, wobei der Begriff selbstschaltend in dem Sinn zu verstehen ist, dass die Bypassanordnung ohne externe Steuerung zwangsläufig niederohmig wird, wenn die Spannung über dem Diodenlaser einen Schwellwert überschreitet.In Another preferred embodiment is a self-switching Bypass arrangement provided, wherein the term is self-switching in To understand the sense is that the bypass arrangement without external Control inevitably becomes low impedance when the voltage across the diode laser exceeds a threshold.

Als selbstschaltende Bypassanordnung ist vorzugsweise eine Diode oder eine aus einer Mehrzahl von Dioden aufgebaute Schaltung vorgesehen, die bei einer Spannung im Betriebsbereich des Diodenlasers hochohmig ist.As a self-switching bypass arrangement, a diode or a circuit composed of a plurality of diodes is preferably provided, which is high impedance at a voltage in the operating range of the diode laser.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine selbstschaltende Bypassanordnung vorgesehen, die als steuerbares Schaltelement einen Thyristor, oder eine aus mehreren Thyristoren aufgebaute Schaltung enthält. Der Thyristor ist ein steuerbarer Schalter mit 3 Anschlüssen: Anode und Kathode werden ähnlich einer Diode angeschlossen. Der Thyristor wird leitend, wenn der dritte Anschluß, der zur Steuerung dient mit einer elektrischen Spannung, größer einer bauteilspezifischen Schwellspannung beaufschlagt wird. Diese Spannung wird vorteilhaft infolge des Spannungsanstiegs bei einem hochohmigen Diodenlaserdefekt an der Anode des Thyristors abgegriffen. Vorteilhaft an dieser Anordnung gegenüber einer einfachen Diode als Bypassanordnung ist deren erheblich niedrigere Verlustleistung. Da eine aus Dioden aufgebaute Bypassanordnung stets eine höhere Verlustleistung als der überbrückte Diodenlaser im Nennbetrieb aufweist, steigt die Leistungsaufnahme des Diodenlaserstapels nach einem Defekt gegenüber dem Nennbetrieb an. Der Thyristorbypass weist dagegen eine niedrigere Verlustleistung als der überbrückte Diodenlaser auf, da die Betriebsspannung des Thyristors deutlich unter die Zündspannung sinken darf, ohne dass er wieder hochohmig wird. Dies führt zu einer erhöhten Lebensdauer des Bypasses, niedrigerem Kühlaufwand und niedrigerer Energieaufnahme.In An advantageous embodiment of the invention is a self-switching Bypass arrangement provided as a controllable switching element, a thyristor, or contains a circuit composed of a plurality of thyristors. Of the Thyristor is a 3-port controllable switch: anode and cathode become similar connected to a diode. The thyristor becomes conductive when the third connection, which serves to control with an electrical voltage, greater than one component-specific threshold voltage is applied. This tension becomes advantageous as a result of the voltage increase in a high-impedance Diode laser defect at the anode of the thyristor tapped. Advantageous opposite to this arrangement a simple diode as a bypass arrangement is their considerably lower Power dissipation. Since a constructed of diodes bypass arrangement always a higher one Power loss as the bridged diode laser in nominal operation, the power consumption of the diode laser stack increases after a defect to nominal operation. The thyristor bypass, on the other hand, has a lower one Power loss as the bridged diode laser on, since the operating voltage of the thyristor is well below the ignition voltage may sink without being again high impedance. This leads to a increased Life of the bypass, lower cooling and lower energy consumption.

Der Thyristor soll zuverlässig dicht oberhalb der maximalen Betriebsspannung des Diodenlasers zünden. Das geforderte Schwellwertverhalten des Thyristors kann entweder durch geeignete Auslegung des Thyristors oder durch zusätzliche Elemente mit definiertem Schwellverhalten, z.B. durch eine Zenerdiode, erreicht werden.Of the Thyristor should be reliable ignite just above the maximum operating voltage of the diode laser. The required threshold behavior of the thyristor can either by suitable design of the thyristor or by additional Defined threshold elements, e.g. through a zener diode, be achieved.

Anstelle einer selbstschaltenden Bypassanordnung mit einem steuerbaren Schaltelement kann grundsätzlich das zum Schalten des steuerbaren Schaltelements erforderliche Steuersignal, im Falle eines Thyristors die Zündspannung, auch extern zugeführt werden.Instead of a self-switching bypass arrangement with a controllable switching element can basically the control signal required for switching the controllable switching element, in the case of a thyristor, the ignition voltage, also supplied externally become.

Die Verwendung einer extern steuerbaren Bypassanordnung, ermöglicht den Aufbau einer Diodenlaseranordnung, die zusätzliche Diodenlaserbarren oder Diodenlaser enthält, die im Normalbetrieb ungenutzt, d. h. von der Bypassanordnung kurzgeschlossen sind. Im Falle eines Ausfalls eines Diodenlasers kann dieser überbrückt werden und der ungenutzte Diodenlaser durch Öffnen des diesem zugeordneten Schaltelementes zugeschaltet werden, so dass die Diodenlaseranordnung mit gleichen Betriebsparametern und gleicher Ausgangsleistung Weiterbetrieben werden kann.The Using an externally controllable bypass arrangement allows the Structure of a diode laser array, the additional diode laser bars or Contains diode laser, in normal operation unused, d. H. short-circuited by the bypass arrangement are. In case of failure of a diode laser this can be bridged and the unused diode laser by opening its associated Switching element can be switched, so that the diode laser array with the same operating parameters and same output power can be.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Bypassanordnung zwischen den Kontakt- und Kühlplatten des Diodenlasers angeordnet, dies ermöglicht eine einfache Integration der Bypassanordnung in den Stapel.In a further advantageous embodiment of the invention is the Bypass arrangement between the contact and cooling plates of the diode laser arranged, this allows a simple integration of the bypass arrangement in the stack.

Die Kühlung des Bypass-Elementes erfolgt vorteilhaft auf gleichem Wege wie die Kühlung des zu überbrückenden Diodenlasers.The cooling the bypass element is advantageously carried out in the same way as the cooling of the to be bridged Diode laser.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Bypassanordnung und der Diodenlaser auf einem Chip integriert. Auf diese Weise ist der Fertigungsaufwand bei der Herstellung eines Diodenlaserstapels verringert.In a further embodiment Both the bypass arrangement and the diode laser are integrated on one chip. In this way, the manufacturing cost in the production of a Diode laser stack reduced.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:to further explanation The invention is based on the embodiments referred to the drawing. Show it:

1 eine Diodenlaseranordnung gemäß der Erfindung in einem elektrischen Prinzipschaltbild, 1 a diode laser arrangement according to the invention in an electrical schematic diagram,

2 ein Ausführungsbeispiel für eine Bypassanordnung, 2 an exemplary embodiment of a bypass arrangement,

3 ein Diagramm, in dem die Strom-Spannungscharakteristik für einen Diodenlaser und für die Bypassanordnung gemäß 2 dargestellt ist, 3 a diagram in which the current-voltage characteristic for a diode laser and for the bypass arrangement according to 2 is shown

4 ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für eine selbstschaltende Bypassanordnung, 4 a further advantageous embodiment of a self-switching bypass arrangement,

5 den Aufbau einer Diodenlaseranordnung mit einer Mehrzahl von aufeinander in einem Stapel angeordneten und elektrisch in Reihe geschalteten Diodenlasern in einer Prinzipdarstellung. 5 the construction of a diode laser array with a plurality of successively arranged in a stack and electrically connected in series diode lasers in a schematic representation.

Gemäß 1 sind in einer Diodenlaseranordnung gemäß der Erfindung eine Mehrzahl von Diodenlasern 2 elektrisch in Reihe an eine Spannungsquelle U angeschlossen. Durch den auf diese Weise gebildeten Stapel, der bis zu mehrere 100 Diodenlaser 2 enthalten kann, fließt ein hoher elektrischer Strom I, der typischerweise zwischen 50 und 100 A beträgt. Im Normalbetrieb fällt dabei an jedem Diodenlaser 2 eine Spannung U_D ab, die je nach Betriebsstrom und Diodenlaserausführung (z.B. Wellenlän ge) bei etwa 2 V liegt. Jedem Diodenlaser 2 ist eine Bypassanordnung 4 parallel geschaltet, die im Normalbetrieb hochohmig ist, das heißt einen ohmschen Widerstand aufweist, der deutlich größer ist als der ohmsche Widerstand des Diodenlasers 2 bei dessen Normalbetrieb. Die Verlustleistungsaufnahme des nicht geschalteten Bypasses ist somit kleiner als die Nenn-Leistungsaufnahme des Diodenlasers und beträgt vorzugsweise weniger als 1/10 der Leistungsaufnahme des Diodenlasers 2.According to 1 are in a diode laser array according to the invention, a plurality of diode lasers 2 electrically connected in series to a voltage source U. By the stack formed in this way, up to several 100 diode lasers 2 may contain, flows a high electric current I, which is typically between 50 and 100 A. In normal operation falls on each diode laser 2 a voltage U _D from, depending on the operating current and diode laser design (eg Wellenlän ge) is about 2 volts. Each diode laser 2 is a bypass arrangement 4 connected in parallel, which is high impedance in normal operation, that is, has an ohmic resistance, which is significantly greater than the ohmic resistance of the diode laser 2 in its normal operation. The power loss of the un-switched bypass is thus smaller than the nominal power consumption of the diode laser and is preferably less than 1/10 of the power consumption of the diode laser 2 ,

Der hochohmige Ausfall eines einzelnen Diodenlasers 2 führt zu einer Unterbrechung des Diodenlaser-Stromkreises, so dass ohne Bypassanordnung 4 die gesamte Betriebsspannung U über dem ausgefallenen Diodenlaser 2 anstehen würde. In einem solchen Fall wird der betroffene Diodenlaser 2 durch die ihm zugeordnete Bypassanordnung 4 niederohmig überbrückt, so dass der Stromfluss durch die übrigen Diodenlaser 2 in nahezu unveränderter Höhe aufrecht erhalten wird. Unter dem Begriff „niederohmig" ist dabei ein Widerstandswert zu verstehen, der den Widerstand, den der Diodenlaser 2 im Normalbetrieb aufweisen würde, nicht wesentlich überschreitet. Besonders vorteilhaft sind Bypassanordnungen 4, deren Widerstand bei Ausfall des Diodenlasers 2 deutlich niedriger als der Widerstand des Diodenlasers im Normalbetrieb ist.The high-impedance failure of a single diode laser 2 leads to an interruption of the diode laser circuit, so that without bypass arrangement 4 the entire operating voltage U across the failed diode laser 2 would be pending. In such a case, the affected diode laser 2 by the bypass arrangement assigned to it 4 low-resistance bridged, so that the current flow through the other diode lasers 2 is maintained in almost unchanged height. The term "low impedance" is to be understood as a resistance value, which is the resistance that the diode laser 2 in normal operation, does not significantly exceed. Particularly advantageous are bypass arrangements 4 , whose resistance in case of failure of the diode laser 2 significantly lower than the resistance of the diode laser in normal operation.

Als Bypassanordnung 4 ist grundsätzlich jede elektrische Schaltung geeignet, die die Funktion eines steuerbaren Schalters erfüllt, d. h. ein steuerbares Schaltelement, beispielsweise einen Transistor oder einen Thyristor, enthält. Das zur Steuerung erforderliche Steuersignal S kann dabei extern durch eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 6 generiert werden, die den an den Diodenlaser 2 jeweils anstehenden Spannungsabfall U_D überwacht und den ausgefallenen Diodenlaser 2 oder die ausgefallenen Diodenlaser 2 identifiziert. Grundsätzlich ist es je doch auch möglich, die Überwachung des korrekten Betriebs des jeweiligen Diodenlasers 2 auch innerhalb der Bypassanordnung 4 durchzuführen, d. h. das zum Steuern des steuerbaren Schaltelementes erforderliche Steuersignal S wird nicht extern sondern intern in der Bypassanordnung 4 generiert. Die Bypassanordnung 4 ist in diesem Fall selbstschaltend.As a bypass arrangement 4 In principle, any electrical circuit is suitable which fulfills the function of a controllable switch, ie contains a controllable switching element, for example a transistor or a thyristor. The control signal S required for the control can be externally provided by a control and evaluation device 6 generated, which are connected to the diode laser 2 each pending voltage drop U _D monitors and the failed diode laser 2 or the failed diode lasers 2 identified. In principle, it is also possible to monitor the correct operation of the respective diode laser 2 also within the bypass arrangement 4 to carry out, that is, the required for controlling the controllable switching element control signal S is not external but internally in the bypass arrangement 4 generated. The bypass arrangement 4 is self-switching in this case.

Mit einer extern steuerbaren Bypassanordnung 4 ist es möglich, gezielt einige der Diodenlaser 2 kurzzuschließen, um bei Ausfall eines oder mehrerer Diodenlaser 2 eine entsprechende Anzahl dieser kurzgeschlossenen Diodenlaser 2 durch Öffnen der Bypassanordnung 4 zuzuschalten.With an externally controllable bypass arrangement 4 is it possible to target some of the diode lasers 2 short circuit in case of failure of one or more diode lasers 2 a corresponding number of these shorted diode lasers 2 by opening the bypass arrangement 4 to switch on.

Gemäß 2 ist als Bypassanordnung 4 eine aus mehreren Dioden 8 aufgebaute Schaltung vorgesehen. Hierbei handelt es sich um eine aus passiven (nicht steuerbaren) Bauelementen aufgebaute selbstschaltende Bypassanordnung 4, die ohne aktive Bereitstellung eines externen oder internen Steuersignals im Fall eines Hochohmigwerdens des Diodenlasers selbst niederohmig wird. Mit der in der Figur dargestellten Reihenschaltung der Dioden 8 kann auf geeignete Weise eine Strom-Spannungs-Charakteristik erzeugt werden, wie sie in 3 dargestellt ist. In diesem Diagramm ist der durch die aus Bypassanordnung 4 und den Diodenlaser 2 fließende Strom I gegen die Spannung U_D aufgetragen. Kurve a zeigt die Strom-Spannungs-Charakteristik eines intakten Diodenlasers. Kurve b gibt die Strom-Spannungs-Charakteristik der aus einer Reihenschaltung von Dioden bestehenden Bypassanordnung 4 an. Die Bypassanordnung 4 muss dabei so dimensioniert sein, dass ihre Schwellspannung U_S größer ist als die maximale Betriebsspannung U_max des Diodenlasers. Mit anderen Worten: Die Bypassanordnung 4 ist im Betriebsbereich des Diodenlasers 2 hochohmig und wird bei Spannungen, die diesen Betriebsbereich überschreiten niederohmig. Dadurch ent steht im Betriebsbereich des Diodenlasers 2 in der Bypassanordnung 4 ein nur vernachlässigbarer ohmscher Verlust. Im Ausführungsbeispiel ist der differentielle Widerstand der Bypassanordnung 4 bei Ausfall des Diodenlasers 2 etwa gleich groß. Zur Aufrechterhaltung eines konstanten Stromflusses I₀ durch den Stapel muss die Spannung U_D über dem aus defektem Diodenlaser 2 und Bypassanordnung 4 bestehenden Bauteil des Stapels etwas ansteigen. Entsprechend der höheren Potentialdifferenz U_D,1 > U_D,0 über dem Bauteil wird somit bei gleichem Strom I₀ im Bauteil eine etwas höhere Leistung umgesetzt. Im Falle einer Regelung der Laserausgangsleistung der Diodenlaseranordnung wird der durch diese fließende Strom I zusätzlich etwas erhöht.According to 2 is as a bypass arrangement 4 one of several diodes 8th built circuit provided. This is a self-switching bypass arrangement constructed from passive (non-controllable) components 4 which becomes low-resistance without actively providing an external or internal control signal in case of high resistance of the diode laser itself. With the series connection of the diodes shown in the figure 8th can be generated in a suitable manner, a current-voltage characteristic, as in 3 is shown. In this diagram, the one through the bypass arrangement 4 and the diode laser 2 flowing current I applied against the voltage U _D. Curve a shows the current-voltage characteristic of an intact diode laser. Curve b gives the current-voltage characteristic of the bypass arrangement consisting of a series connection of diodes 4 at. The bypass arrangement 4 must be dimensioned so that their threshold voltage U _{S is} greater than the maximum operating voltage U _{max of} the diode laser. In other words: the bypass arrangement 4 is in the operating range of the diode laser 2 high impedance and becomes low-ohmic at voltages exceeding this operating range. This ent is in the operating range of the diode laser 2 in the bypass arrangement 4 a negligible ohmic loss. In the exemplary embodiment, the differential resistance of the bypass arrangement 4 in case of failure of the diode laser 2 about the same size. To maintain a constant current flow I ₀ through the stack, the voltage U _D over the defective diode laser 2 and bypass arrangement 4 existing component of the stack increase slightly. Corresponding to the higher potential difference U _{D, 1} > U _{D, 0} across the component, a somewhat higher power is thus implemented in the component at the same current I ₀ . In the case of a regulation of the laser output power of the diode laser arrangement, the current I flowing through it is additionally increased somewhat.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 enthält die Bypassanordnung 4 einen der Laserdiode 2 elektrisch parallel geschalteten Thyristor 10 (p-Typ), dessen Gate (Steuerelektrode) über eine Zenerdiode 12 an die Anode des Diodenlasers 2 angeschlossen ist. Die Zenerdiode 12 verhindert ein Zünden des Thyristors 10 im Normalbetrieb. Steigt die Spannung an der Anode des Diodenlasers 2 infolge eines hochohmigen Defektes an und überschreitet die Zenerspannung der Zenerdiode 12, fließt ein Steuerstrom zum Gate des Thyristors 10, der dann zündet und die Laserdiode 2 überbrückt. In diesem Aufbau ist die Bypassanordnung 4 selbstschaltend und die Steuerelektrode des Thyristors 10 wird direkt (Schaltungsaufbau ohne Zenerdiode) oder indirekt über die an der Laserdiode 2 anliegende Anodenspannung beeinflusst. Grundsätzlich kann jedoch das Gate des als steuerbaren Schalter dienenden Thyristors 10 auch über eine externe Steuerspannung geschaltet werden.In the embodiment according to 4 contains the bypass arrangement 4 one of the laser diode 2 electrically parallel thyristor 10 (p-type), whose gate (control electrode) via a Zener diode 12 to the anode of the diode laser 2 connected. The zener diode 12 prevents ignition of the thyristor 10 in normal operation. If the voltage at the anode of the diode laser increases 2 due to a high-impedance defect and exceeds the zener voltage of the zener diode 12 , a control current flows to the gate of the thyristor 10 which then ignites and the laser diode 2 bridged. In this structure, the bypass arrangement 4 self-switching and the control electrode of the thyristor 10 is directly (circuitry without Zener diode) or indirectly via the on the laser diode 2 applied anode voltage influences. In principle, however, the gate of serving as a controllable switch thyristor 10 also be switched via an external control voltage.

Gemäß 5 sind eine Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Diodenlasern 2 in einem Stapel angeordnet. Im Aus führungsbeispiel bilden die übereinander angeordneten Diodenlaser 2 ein vertikales Stack. Jeder Diodenlaser 2 umfasst einen Diodenlaserbarren 20, der sich zwischen metallischen, vorzugsweise aus Kupfer bestehenden Kontaktplatten 22 befindet, die zugleich als Wärmesenken dienen und insbesondere im Hochleistungsbereich zusätzlich Mikrokanäle aufweisen und durch ein Kühlfluid gekühlt werden. Der Diodenlaserbarren 20 ist zwischen die Kontaktplatten 22 gelötet. Neben dem Diodenlaserbarren 20 ist in den Aufbau die Bypassanordnung 4 zwischen die als p- bzw. n-Kontakt dienenden Kontaktplatten 22 eingelötet.According to 5 are a plurality of diode lasers connected in series 2 arranged in a pile. In the exemplary embodiment, the superposed diode lasers form 2 a vertical stack. Each diode laser 2 includes a diode laser bar 20 which is between metallic, preferably made of copper contact plates 22 are at the same time serve as heat sinks and in particular in the high-performance area additionally have micro-channels and are cooled by a cooling fluid. The diode laser bar 20 is between the contact plates 22 soldered. Next to the diode laser bar 20 is in the construction of the bypass arrangement 4 between the as p- or n-contact serving contact plates 22 soldered.

Claims

Diode laser arrangement comprising a plurality of diode lasers connected in series ( 2 ), each having a bypass arrangement ( 4 ) is electrically connected in parallel, which is high-impedance in normal operation and the respective diode laser ( 2 ) in the case of a high-impedance defect bridged low resistance.

Diode laser arrangement according to claim 1, comprising a plurality of diode lasers ( 2 ), each one on a cooling and contact element ( 22 ) arranged diode laser bars ( 20 ), and each of which has a bypass arrangement ( 4 ) is electrically connected in parallel, which is high-impedance during normal operation and the diode laser connected in parallel ( 2 ) in the case of a high-impedance defect of this diode laser ( 2 ) bridged low resistance, the bypass arrangement ( 4 ) on the cooling and contact element ( 22 ) of the parallel connected diode laser ( 2 ) is arranged.

Diode laser arrangement according to Claim 1 or 2, in which the bypass arrangement ( 4 ) is self-switching.

Diode laser arrangement according to Claim 3, in which the bypass arrangement ( 4 ) includes a diode or a combination of a plurality of diodes which at a voltage in the operating range of the diode laser ( 2 ) is high impedance.

Diode laser arrangement according to Claim 3, in which the bypass arrangement ( 4 ) a thyristor ( 10 ) or a combination of thyristors whose control electrode directly or indi rectly over the at the anode of the diode laser ( 2 ) adjacent anode voltage is affected.

Diode laser arrangement according to claim 1 or 2, whose bypass arrangement ( 4 ) an externally controllable switching element ( 5 ) contains.

Diode laser arrangement according to one of the preceding claims, in which the bypass arrangement ( 4 ) between the contact plates of the diode laser ( 2 ) is arranged.

Diode laser arrangement according to one of the preceding claims, in which the bypass arrangement ( 4 ) and the diode laser ( 2 ) are integrated on a chip.

Diode laser arrangement according to one of the preceding claims, in which the bypass arrangement ( 4 ) and the diode laser ( 2 ) are individual components.