JP2023513104A - Long life laser diode package - Google Patents

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Abstract

出力レベルなどの初期のビーム特性を維持し、性能又はビーム品質の劣化が少なくとも10,000時間の動作の間生じない、高出力で高輝度な固体レーザーシステムを提供する。内部環境内に酸素を包含し、シロキサンがない、高出力で高輝度な固体レーザーシステムを提供する。【選択図】 図8To provide a high power, high brightness solid-state laser system that maintains initial beam characteristics, such as power level, and does not degrade performance or beam quality for at least 10,000 hours of operation. To provide a high-power, high-brightness solid-state laser system containing oxygen in its internal environment and free of siloxane. [Selection drawing] Fig. 8

Description

この出願は、2020年2月3日に出願された米国仮出願第62/969,541号の優先権の利益を主張し、また米国特許法第35条119(e)(1)に基づきその出願日の利益を主張し、その開示全体が参照によりここに組み込まれる。 This application claims the priority benefit of U.S. Provisional Application No. 62/969,541, filed February 3, 2020, and under 35 U.S.C. Claiming benefit of filing date, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference.

本発明は、約10nm(ナノメーター)から約600nm、実施形態においては通常約350nmから約500nmの短い波長のレーザーエネルギーを提供する、高出力レーザーシステムに関し、またにアディティブマニュファクチャリング(additive manufacturing)及びサブトラクティブマニュファクチャリング(subtractive manufacturing)、材料加工、及びレーザー溶接の利用を含むこれらのシステム及びレーザービームの使用に関する。本発明はさらに、優れたビーム品質を有するレーザービームを提供し、実施形態では高品質で高出力なレーザービームを長時間にわたって維持するそのようなレーザーシステム及びそれらの利用に関する。 The present invention relates to high power laser systems that provide short wavelength laser energy from about 10 nm (nanometers) to about 600 nm, in embodiments typically from about 350 nm to about 500 nm, and also for additive manufacturing. and uses of these systems and laser beams, including the use of subtractive manufacturing, materials processing, and laser welding. The present invention further relates to such laser systems and their use that provide laser beams with excellent beam quality and, in embodiments, maintain high quality, high power laser beams for extended periods of time.

赤外(IR)に基づいた(700nmよりも大きな波長、特に1,000nmよりも大きな波長を有する)アディティブマニュファクチャリングシステムは、とりわけ造形体積と造形速度の両方、及びこれらのシステムの全体的な効率及び安全性が制限されるといういくつかの短所を抱えている。IRビームは、多くの金属に対して高反射性であり、よって金属のターゲット又は基板に対して結合されにくく、非効率である。乏しい結合性はまた、造形又は溶接プロセスにおいて制御を難しくし、またスプラッター、放出気体、及び粒子放出による健康リスク及び安全性リスクをもたらしうる。スポットサイズが大きく、造形部品の高解像度を得る能力が阻害され、それはさらに乏しい結合性及びプロセスを制御することの困難性によって妨げられる。また、これらのIRシステムは、非常に限定された寿命を有し、それらのビーム品質は時間とともに着実に劣化していき、場合によっては急速に劣化していく。この劣化により、停止時間、修理や部品交換のコスト増加、及び生産損失がもたらされる。 Infrared (IR)-based additive manufacturing systems (having wavelengths greater than 700 nm, especially greater than 1,000 nm) are particularly challenging in terms of both build volume and build speed, and the overall It suffers from several drawbacks of limited efficiency and safety. IR beams are highly reflective to many metals and are therefore difficult and inefficient to couple to metal targets or substrates. Poor bonding can also be difficult to control in the molding or welding process and can pose health and safety risks due to splatter, outgassing, and particle emissions. The large spot size hinders the ability to obtain high resolution of the built part, which is further hampered by poor connectivity and difficulty in controlling the process. Also, these IR systems have a very limited lifetime and their beam quality degrades steadily, sometimes rapidly, over time. This degradation results in downtime, increased repair and replacement costs, and lost production.

現在のIRシステムに見られるこの経時的な劣化はまた、現在のUV、青色、及び緑色のレーザー並びにレーザーシステムに対する重大な問題である。 This degradation over time seen in current IR systems is also a significant problem for current UV, blue, and green lasers and laser systems.

本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、「UV」、「紫外」、「UVスペクトラム」、「スペクトラムのUV部分」、及び同様な用語は、最も広い意味を与えられるべきであり、約10nmから約400nm、及び10nmから400nmの波長、並びにこれらの範囲内の全ての波長の光を含む。 As used herein, unless otherwise specified, "UV," "ultraviolet," "UV spectrum," "UV portion of the spectrum," and like terms are to be given the broadest meaning, and are to be given the broadest meaning of about It includes light of wavelengths from 10 nm to about 400 nm, and from 10 nm to 400 nm, and all wavelengths within these ranges.

本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、用語「レーザーダイオード」、「ダイオードエミッタ」、「レーザーダイオードバー」、「レーザーダイオードチップ」、及び「エミッタ」、並びに同様な用語は、最も広い意味を与えられるべきである。概して、レーザーダイオードは、レーザービームを放射する半導体デバイスであり、そのようなデバイスは、レーザー光が基板の端部から放射されるため、一般に端部放射レーザーダイオードと呼ばれる。典型的には、単一の放射領域(エミッタ)を有するダイオードレーザーはレーザーダイオードチップと呼ばれ、一方でエミッタの線形アレイを有するものはレーザーダイオードバーと呼ばれる。レーザービームを放射するエリアは「ファセット」と呼ばれる。 As used herein, unless otherwise specified, the terms “laser diode,” “diode emitter,” “laser diode bar,” “laser diode chip,” and “emitter” and like terms shall have the broadest meaning. should be given. Generally speaking, a laser diode is a semiconductor device that emits a laser beam, and such devices are commonly referred to as edge-emitting laser diodes because the laser light is emitted from the edge of the substrate. Typically, diode lasers with a single emitting area (emitter) are called laser diode chips, while those with a linear array of emitters are called laser diode bars. The areas that emit the laser beam are called "facets".

本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、用語「高出力」レーザー及びレーザービーム、並びに同様な用語は、少なくとも100ワット(W)の出力及びより大きな出力、例えば100ワットから10kW(キロワット)、約100Wから約1kW、約500Wから約5kW、約10kWから約40kW、約5kWから約100kW、及びこれらの範囲内の全ての出力、並びにより高い出力を有するレーザービームを提供する又は伝播させるレーザービーム及びシステムを意味し、またそれらを含む。 As used herein, unless otherwise specified, the terms "high power" lasers and laser beams, and like terms, include powers of at least 100 Watts (W) and greater powers, such as 100 Watts to 10 kW (kilowatts). , from about 100 W to about 1 kW, from about 500 W to about 5 kW, from about 10 kW to about 40 kW, from about 5 kW to about 100 kW, and all powers within these ranges as well as higher powers. means and includes beams and systems.

本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、用語「青色レーザービーム」、「青色レーザー」、及び「青色」は、最も広い意味を与えられるべきであり、また概してレーザービーム、レーザービーム、レーザー光源、例えば、約400nmから約495nm、400nmから495nm、及びこれらの範囲内の全ての波長を有するレーザービーム又は光を提供し、例えば伝播させる、レーザー及びダイオードレーザーを提供するシステムを参照する。典型的には、青色レーザーは、約405-495nmの範囲の波長を有する。青色レーザーは、450nm、約450nm、460nm、約460nm、470nm、約470nmの波長を含む。青色レーザーは、約10pm(ピコメーター)から約10nm、約5nm、約10nm、及び約20nm、並びにより大きな値及びより小さな値のバンド幅を有し得る。 As used herein, unless otherwise specified, the terms "blue laser beam", "blue laser", and "blue" should be given the broadest meaning and generally laser beams, laser beams, lasers Reference is made to systems that provide light sources, such as lasers and diode lasers, that provide and propagate, for example, laser beams or light having wavelengths from about 400 nm to about 495 nm, 400 nm to 495 nm, and all within these ranges. Typically, blue lasers have wavelengths in the range of about 405-495 nm. Blue lasers include wavelengths of 450 nm, about 450 nm, 460 nm, about 460 nm, 470 nm, about 470 nm. Blue lasers can have bandwidths from about 10 pm (picometers) to about 10 nm, about 5 nm, about 10 nm, and about 20 nm, as well as higher and lower values.

本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、用語「緑色レーザービーム」、「緑色レーザー」、及び「緑色」は、最も広い意味を与えられるべきであり、また概してレーザービーム、レーザービーム、レーザー光源、例えば、約500nmから約575nmの波長を有するレーザービーム又は光を提供し、例えば伝播させる、レーザー及びダイオードレーザーを提供するシステムを参照する。緑色レーザーは、515nm、約515nm、532nm、約531nm、550nm、約550nmの波長を含む。緑色レーザーは、約10pmから約10nm、約5nm、約10nm、及び約20nm、並びにより大きな値及びより小さな値のバンド幅を有し得る。 As used herein, unless otherwise specified, the terms "green laser beam", "green laser", and "green" should be given the broadest meaning and generally laser beams, laser beams, lasers Reference is made to systems providing a light source, for example lasers and diode lasers, which provide and, for example, propagate a laser beam or light having a wavelength of about 500 nm to about 575 nm. Green lasers include wavelengths of 515 nm, about 515 nm, 532 nm, about 531 nm, 550 nm, about 550 nm. Green lasers can have bandwidths from about 10 pm to about 10 nm, about 5 nm, about 10 nm, and about 20 nm, and greater and lesser values.

本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、用語「高信頼性」、「高信頼性である」レーザー及びレーザーシステム並びに同様な用語は、少なくとも10,000時間以上、約20,000時間、約50,000時間、約100,000時間、約10時間から約100,000時間、10,000から20,000時間、10,000時間から50,000時間、20,000時間から約40,000時間、約30,000時間から約100,000時間、及びこれらの範囲内の全ての時間、並びにより大きな時間の寿命を有するレーザーを意味し、またそれらを含む。 As used herein, unless otherwise specified, the terms "high reliability," "high reliability," lasers and laser systems, and similar terms refer to at least 10,000 hours, about 20,000 hours, about 50,000 hours, about 100,000 hours, about 10 hours to about 100,000 hours, 10,000 to 20,000 hours, 10,000 hours to 50,000 hours, 20,000 hours to about 40,000 means and includes lasers having a lifetime of from about 30,000 hours to about 100,000 hours, and all hours within these ranges, as well as greater hours.

本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、用語「寿命」、「システム寿命」、及び「長寿命」、並びに同様な用語は、そのレーザーの出力、他の特性、及びその両方が、その定格値(「定格値」、「定格」、及び「定格___」、並びに同様な用語は、(i)製造者によって定義又は計算されたレーザーの定格出力、他の特性、及びその両方、又は(ii)全ての較正及び調整が行なわれた後の最初の使用時のレーザーの初期出力、他の特性、及びその両方、よりも大きなものを意味する)のあるパーセンテージに又はその付近に留まる間の時間として定義される。よって、例えば、「80%レーザー寿命」は、レーザー出力、他の特性、又はその両方が定格値の80%又はそれより上に維持される合計の動作時間、すなわちレーザー出力、他の特性又はその両方が定格値の80%より下に落ちるまでの動作時間として定義される。例えば、「50%レーザー寿命」は、レーザー出力、他の特性、又はその両方が定格値の50%又はそれより上に維持される合計の動作時間、すなわちレーザー出力、他の特性又はその両方が定格値の50%より下に落ちるまでの動作時間として定義される。 As used herein, unless otherwise specified, the terms “lifetime,” “system lifetime,” and “longevity” and like terms mean that the laser power, other characteristics, and both Rated value ("Rated value", "Rated", and "Rated ___" and similar terms shall mean (i) the rated power, other characteristics, and/or of the laser as defined or calculated by the manufacturer; or ii) while remaining at or near a certain percentage (meaning greater than the laser's initial power, other characteristics, and/or both on first use after all calibrations and adjustments have been made); Defined as time. Thus, for example, "80% laser life" is the total operating time during which laser power, other property, or both are maintained at or above 80% of their rated value, i.e., laser power, other property, or the like. Defined as operating time before both drop below 80% of rated value. For example, "50% laser life" is the total operating time during which laser power, other property, or both are maintained at or above 50% of their rated value, i.e., laser power, other property, or both Defined as operating time before falling below 50% of rated value.

本明細書で使用する場合、特に明記しない限り又はその文脈から明らかでない限り、用語「寿命」(数値表示又はパーセント表示なしで使用される場合)は、「80%レーザー寿命」を意味し、またそれとして定義される。 As used herein, unless otherwise indicated or clear from the context, the term "lifetime" (when used without numerical or percentage indications) means "80% laser lifetime" and defined as that.

概して、本明細書で使用する場合、用語「約」及び記号「~」は、特に明記しない限り、±10%の変化又は範囲、上述の値を取得するのに関連した実験的又は装置的エラー、及び好ましくはそれらのより大きな変化又は範囲を包含する。 In general, as used herein, the terms "about" and the symbol "~" are subject to ±10% variation or range, experimental or instrumental error associated with obtaining the stated values, unless otherwise specified. , and preferably larger variations or ranges thereof.

本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、「少なくとも」、「より大きい」のような用語は、「以上」も意味し、すなわち、そのような用語は特に明記しない限りそれより小さい値を排除する。 As used herein, unless otherwise specified, terms such as "at least," "greater than," also mean "greater than or equal to," i.e., such terms refer to values less than Exclude.

本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、室温は25℃である。また、標準環境温度及び標準環境圧力は25℃及び1気圧である。特に明記しない限り、全てのテスト、テスト結果、物理的特性、並びに温度依存性の値、圧力依存性の値、又はそれら両方に依存する値は、標準環境温度及び標準環境圧力で与えられる。 As used herein, room temperature is 25° C. unless otherwise specified. Also, the standard environmental temperature and standard environmental pressure are 25° C. and 1 atmosphere. Unless otherwise specified, all tests, test results, physical properties, and values dependent on temperature, pressure, or both are given at standard ambient temperature and pressure.

本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、値の範囲、範囲、約「x」から約「y」、及び同様な用語の引用並びに数量化は、その範囲内の別々の値を個別に参照するための単なる簡単な方法としての役割を果たす。よって、それらには、その範囲内に含まれる各アイテム、特徴、値、量、又は数量が含まれる。本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、ある範囲内の各点及び全ての個別の点は、ここに個別に記載されているかのように本明細書に包含され、また本明細書の一部となる。 As used herein, unless otherwise specified, references to ranges of values, ranges, about "x" to about "y", and similar terms and quantifications refer to separate values within the range. It just serves as an easy way to reference. They thus include each item, feature, value, amount or quantity contained within that range. As used herein, unless otherwise stated, each point and every individual point within a range is included herein as if it were individually listed herein, and is hereby incorporated by reference into the specification. become part.

本発明以前は、マルチ・ダイ(マルチ・ダイオード)レーザーダイオードパッケージなどの複数のレーザーダイオードを有するレーザーパッケージは、炭素汚染物質とシリコン汚染物質の組合せに悩まされ、それにより寿命が大幅に低下し、また出力の劣化速度などのビーム特性の劣化速度が大幅に増加していた。当該技術は、汚染物質を最小化して長寿命を達成する目的で、概してレーザーダイオードを個別にパッケージすることを行なっていた。しかしながら、この従来の手法は、現在のレーザー用途そして更に工業用レーザー用途、高輝度で高出力なシステムなどのレーザーシステムでのこれらのダイオードの使用に対する要求を満たすのに、依然として不効率で、未成功で、概して大幅に不十分である。プロセス要求の要望及びより多いレーザーダイオードに対する要望が大きくなるにつれて、この従来の手法の欠点がより顕著になり、またより問題となってきた。よって、レーザーダイオード寿命及びビーム品質の劣化の問題が大きくなってきた。この問題は、UV、青色及び緑色の波長のレーザーダイオード及びダイオードシステムに存在し、またそれらに対して大きくなってきた。 Prior to the present invention, laser packages with multiple laser diodes, such as multi-die (multi-diode) laser diode packages, suffered from a combination of carbon and silicon contaminants, which greatly reduced lifetime, In addition, the rate of degradation of beam characteristics such as the rate of degradation of output was significantly increased. The art has generally relied on individual packaging of laser diodes in order to minimize contaminants and achieve long life. However, this conventional approach remains inefficient and inexperienced in meeting the demands for the use of these diodes in laser systems, such as current laser applications and even industrial laser applications, high brightness and high power systems. Successful and generally largely unsatisfactory. As the demand for process requirements and the desire for more laser diodes has grown, the shortcomings of this conventional approach have become more pronounced and more problematic. As a result, the problem of laser diode life and beam quality degradation has increased. This problem exists and has increased for UV, blue and green wavelength laser diodes and diode systems.

背景技術は、本発明の実施形態に関連するであろう技術の様々な態様を紹介することを意図している。よって、この項での上述の記載は本発明をよりよく理解するためのフレームワークを提供しており、従来技術の承認として見なされるべきではない。 The background art is intended to introduce various aspects of technology that may be related to embodiments of the invention. As such, the above description in this section provides a framework for a better understanding of the invention and should not be taken as an admission of prior art.

より信頼性のある高出力な青色、緑色、及び他の波長の固体レーザー及びシステムに対する継続的で高まる要求があり、このシステムには、溶接、アディティブマニュファクチャリング、及び他の材料加工に及ぶ様々な用途のためのレーザーダイオードシステムが含まれる。よって、特に複数のレーザーダイオードを単一の容器にパッケージして長寿命を達成することに対する長年に亘る高まる要求がある。より長い寿命のレーザーシステムに対する長年に亘る高まる要求があり、このレーザーシステムには、レーザーダイオード及びダイオードシステムを含む、青色、緑色、及び他の波長の固体レーザーシステムが含まれる。 There is a continuing and increasing demand for more reliable, high power blue, green, and other wavelength solid-state lasers and systems for a variety of applications ranging from welding, additive manufacturing, and other materials processing. laser diode systems for various applications. Thus, there is a long-standing and increasing demand, especially for packaging multiple laser diodes in a single container to achieve long life. There is a long-standing and growing demand for longer lifetime laser systems, including blue, green, and other wavelength solid-state laser systems, including laser diodes and diode systems.

本発明は、とりわけ、これらの長年に亘る高まる要求を、とりわけ、ここに教示及び開示されている、改善、製造品、デバイス及びプロセスによって解決する。 The present invention addresses, among other things, these long-standing growing needs through, among other things, the improvements, articles of manufacture, devices, and processes taught and disclosed herein.

したがって、図12-17に示すように様々な形態でパッケージされ得るレーザーダイオードが提供される。これらのパッケージされたレーザーダイオードに対する長寿命を達成するために、部品及びパッケージは、シリコン汚染物質及び炭素汚染物質を取り除くために、パッケージを密封する前に適切に洗浄されてパッケージに組み立てられる。密封する前に、酸素を含む好ましくは酸素を豊富に含む環境がパッケージ内に取り込まれて、残余の炭素汚染物質を取り除き、それらをCOに変え、レーザーダイオードにとって無害にする。 Accordingly, laser diodes are provided that can be packaged in a variety of forms as shown in FIGS. 12-17. To achieve long life for these packaged laser diodes, the components and package are properly cleaned and assembled into the package prior to sealing the package to remove silicon and carbon contaminants. Prior to sealing, an oxygen-containing, preferably oxygen-rich environment is introduced into the package to remove residual carbon contaminants and convert them to CO2 , rendering them harmless to the laser diode.

したがって、高品質なレーザービームを長時間に亘ってレーザービームの特性の実質的な劣化なしで提供するレーザーシステムに統合するための、高出力で高輝度な固体レーザーデバイスアセンブリを提供し、該アセンブリは:内部空洞を画定するハウジングであって;内部空洞がハウジングの外側にある環境から隔離されている、ハウジングと;固体デバイスであって、レーザービームを固体デバイスの伝播面からレーザービーム経路に沿って伝播させるようにされ、レーザービームが伝播面において少なくとも約0.5MW/cmの出力密度を有する、固体デバイスと;固体デバイスと光学的に連通し、且つレーザービーム経路上にある光学アセンブリと;を備え、固体デバイス及び光学アセンブリはハウジング内で内部空洞内に配置され、それによって固体デバイス及び光学アセンブリは外部環境から隔離されており;ハウジングは、ハウジングの伝播面を有し、それによってレーザービームは、レーザービーム経路に沿って、ハウジングから外部環境へと伝送され;ハウジングの伝播面は、光学アセンブリと光学的に連通し、且つレーザービーム経路上にあり;ハウジングの伝播面を出たレーザービームは、ビーム特性によって特徴付けられ、該ビーム特性は:(i)少なくとも100Wの出力;並びに(ii)100mm mrad未満のBPP(beam parameter product ビームパラメータ積);及び内部空洞にシリコンベースの汚染物質源がなく、それによって固定デバイスの動作中に内部空洞でのSiOの生成が回避され;それによって内部空洞がSiOの堆積を回避し;それによってビーム特性の劣化速度が2.3%/khrs以下である。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, there is provided a high power, high brightness solid state laser device assembly for integration into a laser system that provides a high quality laser beam for an extended period of time without substantial degradation of the laser beam properties; is: a housing that defines an internal cavity; the internal cavity is isolated from the environment outside the housing; and a solid state device that directs a laser beam from a plane of propagation of the solid state device along the laser beam path. a solid-state device adapted to propagate through a plane of propagation and wherein the laser beam has a power density in the plane of propagation of at least about 0.5 MW/cm 2 ; an optical assembly in optical communication with the solid-state device and in the laser beam path. the solid state device and the optical assembly are disposed within an internal cavity within the housing whereby the solid state device and the optical assembly are isolated from the external environment; the housing has a propagation surface of the housing whereby the laser The beam is transmitted from the housing to the external environment along the laser beam path; the propagation surface of the housing is in optical communication with the optical assembly and is on the laser beam path; the laser exiting the propagation surface of the housing The beam is characterized by beam properties that are: (i) a power of at least 100 W; and (ii) a BPP (beam parameter product) of less than 100 mm mrad; and silicon-based contaminants in the internal cavity. source, thereby avoiding the formation of SiO2 in the internal cavity during operation of the fixed device; thereby avoiding the internal cavity from depositing SiO2 ; khrs or less.

さらに、高品質な青色レーザービームを長時間に亘ってレーザービームの特性の実質的な劣化なしで提供するレーザーシステムに統合するための、高出力で高輝度な固体レーザーデバイスアセンブリを提供し、該アセンブリは:内部空洞を画定するハウジングであって;ハウジングの外側にある環境から隔離されている、ハウジングと;複数のレーザービームを複数のファセットから複数のダイオードレーザービーム経路に沿って伝播させるための複数のダイオードレーザーデバイスであって、レーザービームが400nmから500nmの範囲の波長を有し;各レーザービームがそれぞれのファセットで少なくとも約0.5MW/cmの出力密度を有する、複数のダイオードレーザーデバイスと;ダイオードレーザーデバイスのそれぞれと光学的に連通し、且つレーザービーム経路上にある光学アセンブリであって;コリメート光学系、例えばコリメーティング光学系、及びビーム結合光学系を備え;複数のダイオードレーザービームを結合して結合レーザービーム経路に沿った結合レーザービームを提供する、光学アセンブリと;を備え、複数のダイオードレーザーデバイス及び光学アセンブリはハウジング526内で内部空洞内に配置され、それによって複数のダイオードレーザーデバイス及び光学アセンブリは外部環境から隔離され;ハウジングはハウジングの伝播面を有し、それによって結合レーザービームがハウジングから外部環境へと結合レーザービーム経路に沿って伝送され;ハウジングの伝播面は光学アセンブリと光学的に連通し且つ結合レーザービーム経路上にあり;ハウジングの伝播面から出た結合レーザービームはビーム特性によって特徴付けられ、そのビーム特性は:(i)少なくとも100Wの出力;並びに(ii)40mm mrad未満のBPPであり;また、内部空洞にはシリコンベースの汚染物質源がなく、それによって複数のダイオードレーザーデバイスの動作中にSiOが内部空洞内で生成されず;それによって内部空洞がSiOの堆積を回避し;それによって結合ビームの特性の劣化が2.3%/khrs以下である。 Further provided is a high power, high brightness solid state laser device assembly for integration into a laser system that provides a high quality blue laser beam for an extended period of time without substantial degradation of laser beam properties, The assembly includes: a housing defining an internal cavity; isolated from the environment outside the housing; and a housing for propagating a plurality of laser beams from a plurality of facets along a plurality of diode laser beam paths. A plurality of diode laser devices, wherein the laser beams have a wavelength in the range of 400 nm to 500 nm; each laser beam has a power density at each facet of at least about 0.5 MW/ cm2 . and; an optical assembly in optical communication with each of the diode laser devices and in the laser beam path; comprising collimating optics, such as collimating optics, and beam combining optics; an optical assembly that combines the beams to provide a combined laser beam along the combined laser beam path; the plurality of diode laser devices and the optical assembly are disposed within an internal cavity within housing 526, thereby providing a plurality of laser beams; The diode laser device and optical assembly are isolated from the external environment; the housing has a housing propagation surface by which the combined laser beam is transmitted from the housing to the external environment along the combined laser beam path; in optical communication with the optical assembly and in the combined laser beam path; the combined laser beam emerging from the propagation surface of the housing is characterized by beam characteristics that: (i) have a power of at least 100 W; ii) a BPP of less than 40 mm mrad; and the internal cavity is free of silicon-based contaminant sources so that no SiO2 is generated within the internal cavity during operation of the multiple diode laser device; The cavities avoid deposition of SiO2 ; thereby the deterioration of the properties of the coupled beam is less than 2.3%/khrs.

またさらに、高品質な青色レーザービームをレーザービーム経路に沿って長時間に亘ってレーザービーム特性の実質的な劣化無しで伝播させるための高出力で高輝度な固体レーザーアセンブリを提供し、該アセンブリは:内部空洞を画定するハウジングであって;内部空洞が隔離された環境を画定する、ハウジングと;複数の光学的に活性な表面であって、青色レーザービームが光学的に活性な表面から伝播され、その中へと伝送され、又はそれによって反射され;複数の光学的に活性な表面はハウジングの内部空洞の隔離された環境内に配置され;光学的に活性な表面の少なくとも1つが固体レーザーデバイス上に配置された、複数の光学的に活性な表面と;を備え、レーザービームが1つ以上の光学的に活性な表面で少なくとも約0.5MW/cmの出力密度を有し、また内部空洞にはシリコンベースの汚染物質源がなく、それによって固体レーザーデバイスの動作中に内部空洞内でのSiOの生成が回避され;内部空洞が酸素を含む気体を有し;それによって固体レーザーデバイスの動作中にCOが内部空洞内で炭素ベースの汚染物質から生成され;それによって複数の光学的に活性な表面が炭素及びSiOの蓄積を回避し;それによって青色レーザービームの出力の劣化速度が2.3%/khrs以下である。 Still further provided is a high power, high brightness solid-state laser assembly for propagating a high quality blue laser beam along the laser beam path for an extended period of time without substantial degradation of the laser beam properties; is: a housing defining an internal cavity; the housing, wherein the internal cavity defines an isolated environment; and a plurality of optically active surfaces, wherein a blue laser beam propagates from the optically active surfaces. a plurality of optically active surfaces disposed within an isolated environment of the interior cavity of the housing; at least one of the optically active surfaces being a solid-state laser; a plurality of optically active surfaces disposed on the device, wherein the laser beam has a power density of at least about 0.5 MW/cm 2 at the one or more optically active surfaces; and The internal cavity is free of silicon-based contaminant sources, thereby avoiding the formation of SiO2 within the internal cavity during operation of the solid-state laser device; the internal cavity has an oxygen-containing gas; CO2 is generated from carbon-based contaminants within the internal cavity during operation of the device; multiple optically active surfaces thereby avoid the accumulation of carbon and SiO2 ; The deterioration rate is 2.3%/khrs or less.

さらに、高品質な青色レーザービームを長時間に亘ってレーザービームの特性の実質的な劣化なしで提供するレーザーシステムに統合するための高出力で高輝度な固体レーザーデバイスパッケージを提供し、該パッケージは:内部空洞を画定するハウジングであって;内部空洞がハウジングの外側にある環境から隔離され;内部空洞の一部を画定するウィンドウを有する、ハウジングと;レーザービームを固体デバイスの伝播面からレーザービーム経路に沿って伝播させるようにされ、レーザービームが410nmから500nmの範囲の波長を有する、固体デバイスと;を備え、レーザービームは伝播面で少なくとも約0.5MW/cmの出力密度を有し;ウィンドウは、固体デバイスと光学的に連通し、且つレーザービーム経路上にあり;固体デバイスは、ハウジング内で内部空洞内に配置され、ウィンドウの内面は外部環境に露出しておらず、それによって固体デバイス及びウィンドウの内面は外部環境から隔離され;それによってレーザービームは、レーザービーム経路に沿って、ハウジングからウィンドウを通って外部環境へと伝送され;内部空洞にはシリコンベースの汚染物質源がなく、それによって固体デバイスの動作中に内部空洞内でのSiOの生成が回避され;それによって内部空洞がSiOの蓄積を回避し;それによってビーム特性の劣化速度が2.3%/khrs以下であり;また、内部空洞が少なくとも1%の酸素である気体を有し;それによって複数のダイオードレーザーデバイスの動作中に内部空洞内で炭素ベースの汚染物質からCOが生成され、それによって伝播面及びウィンドウの内側表面が炭素の堆積がないままとされる。 Further provided is a high power, high brightness solid state laser device package for integration into a laser system that provides a high quality blue laser beam for an extended period of time without substantial degradation of laser beam properties, is: a housing defining an internal cavity; the internal cavity being isolated from the environment outside the housing; a housing having a window defining a portion of the internal cavity; a solid-state device adapted to propagate along the beam path, the laser beam having a wavelength in the range of 410 nm to 500 nm, the laser beam having a power density in the plane of propagation of at least about 0.5 MW/cm 2 ; the window is in optical communication with the solid-state device and in the laser beam path; the solid-state device is disposed within the housing within the internal cavity, the inner surface of the window not being exposed to the external environment; isolates the solid state device and the inner surface of the window from the external environment; whereby the laser beam is transmitted along the laser beam path from the housing through the window to the external environment; the internal cavity contains a silicon-based contaminant source; , thereby avoiding the formation of SiO 2 within the internal cavity during operation of the solid-state device; thereby avoiding the accumulation of SiO 2 in the internal cavity; khrs or less; and having a gas in which the inner cavity is at least 1% oxygen; thereby producing CO2 from carbon-based contaminants within the inner cavity during operation of the multiple diode laser device, which leaves the propagation surface and the inner surface of the window free of carbon deposits.

また、以下の特徴の1つ以上を有するシステム及び方法を提供する:固体デバイスの動作中にSiOが内部空洞内で生成されない;それによって固体レーザーの動作中にSiOが実質的に生成されず、内部空洞にはSiOがないようにされる;動作中に内部空洞がSiOがないままとなる;内部空洞にはSiOがない;それによって固体デバイスの動作中に炭素の堆積物が内部空洞内に生成されない;それによって固体レーザーの動作中に炭素の堆積物が実質的に生成されず、内部空洞には炭素の堆積物がないようにされる;動作中に内部空洞が炭素の堆積物がないままとなる;内部空洞には炭素の堆積物がない;システムは、数十、数百、又は数千のレーザーダイオードを有し、システムは、青色波長でレーザービームを放射するレーザーダイオードを有する;システムは、約500nm以下の波長でレーザービームを放射するレーザーダイオードを有する;システムは、約500nmから約10nmの波長でレーザービームを放射するレーザーダイオードを有する;レーザービームのBPPは約100mm mrad未満である;レーザービームのBPPは約50mm mrad未満である;レーザービームのBPPは約40mm mrad未満である;レーザービームのBPPは約20mm mrad未満である;レーザービームのBPPは約15mm mrad未満である;システムは、500nmから10nmの波長でレーザービームを放射するレーザーダイオードを有する;レーザービームは、約20nm以下、約5nm以下、約1nm以下、約0.5nm以下のバンド幅、約20からnm約0.5nmのバンド幅、及びこれらの範囲内の全てのバンド幅を有する;レーザーシステムは集光光学系を有する;レーザーシステムはコリメート光学系を有する;レーザーシステムはスキャナーを有する;レーザーシステムは回折格子を有する;レーザーシステムは反射光学系を有し、レーザーシステムは、体積ブラッグ回折格子(VBG)、ブラッグ回折格子、エタロン、プリズム、可変減衰器、シャッター光ファイバー、屈折率分布型レンズ、レンズ、シリンドリカルレンズ、波長板、偏光結合器キューブ、モノリシック光学結合器アセンブリ、ラマン結晶、倍化結晶、誘電体反射鏡アセンブリ、ビームピックオフアセンブリ、出力モニタリングアセンブリを有する;内部空洞は少なくとも10%の酸素を含む気体を有し、それによって固体デバイスの動作中に内部空洞内で炭素ベースの汚染物質からCOが生成されない;それによって固体デバイスの伝播面及び光学アセンブリが炭素の堆積物を回避する;内部空洞が、少なくとも1%の酸素を含む気体を有し、それによって固体デバイスの動作中に内部空洞内で炭素ベースの汚染物質からCOが生成され;それによって固体デバイスの伝播面及び光学アセンブリが炭素の堆積物を回避する。 Also provided are systems and methods having one or more of the following features: no SiO2 is generated within the internal cavity during operation of the solid state device; whereby SiO2 is substantially generated during operation of the solid state laser; the internal cavity remains free of SiO2 during operation; the internal cavity is free of SiO2 ; thereby depositing carbon during operation of the solid state device. is not generated within the internal cavity; thereby substantially no carbon deposits are generated during operation of the solid-state laser, and the internal cavity is kept free of carbon deposits; the internal cavity is free of carbon deposits; the system has tens, hundreds, or thousands of laser diodes, and the system emits laser beams at blue wavelengths The system has a laser diode that emits a laser beam at a wavelength of about 500 nm or less; The system has a laser diode that emits a laser beam at a wavelength of about 500 nm to about 10 nm; The BPP of the laser beam is BPP of the laser beam is less than about 50 mm mrad; BPP of the laser beam is less than about 40 mm mrad; BPP of the laser beam is less than about 20 mm mrad; BPP of the laser beam is about 15 mm the system has a laser diode emitting a laser beam at a wavelength of 500 nm to 10 nm; the laser beam has a bandwidth of about 20 nm or less, about 5 nm or less, about 1 nm or less, about 0.5 nm or less, about have a bandwidth from 20 nm to about 0.5 nm, and all bandwidths within these ranges; the laser system has collection optics; the laser system has collimation optics; the laser system has a scanner; The laser system has a diffraction grating; the laser system has reflective optics, the laser system includes a volume Bragg grating (VBG), a Bragg grating, an etalon, a prism, a variable attenuator, a shutter optical fiber, a gradient index lens. , lenses, cylindrical lenses, waveplates, polarizing coupler cubes, monolithic optical coupler assemblies, Raman crystals, doubling crystals, dielectric reflector assemblies, beam pickoff assemblies, power monitoring assemblies; have an oxygen-containing gas so that no CO2 is produced from carbon-based contaminants within the internal cavity during operation of the solid-state device; thereby the propagating surfaces and optical assemblies of the solid-state device avoid carbon deposits; the internal cavity has a gas containing at least 1% oxygen whereby CO2 is produced from carbon-based contaminants within the internal cavity during operation of the solid state device; Assembly avoids carbon deposits.

さらに、高品質な青色レーザービームを長時間に亘ってレーザービーム特性の実質的な劣化なしで提供するレーザーシステムに統合するための高出力で高輝度な固体レーザーデバイスパッケージが提供され、該パッケージは:内部空洞を画定するハウジングであって;内部空洞がハウジングの外側の環境から隔離され;内部空洞の一部を画定するウィンドウを有する、ハウジングと;レーザービームを固体デバイスの伝播面からレーザービーム経路に沿って伝播させるための固体デバイスであって、レーザービームが410nmから500nmの波長を有し;レーザービームが伝播面で少なくとも約0.5MW/cmの出力密度を有する、固体デバイスと;を備え、ウィンドウは、固体デバイスと光学的に連通し、且つレーザービーム経路上にあり;固体デバイスはハウジング内で内部空洞内に配置され、ウィンドウの内面は外部環境に露出しておらず、それによって固体デバイス及びウィンドウの内面は外部環境から隔離され;それによってレーザービームは、レーザービーム経路に沿って、ハウジングからウィンドウを通って外部環境へと伝送され;内部空洞にはシリコンベースの汚染物質源がなく、それによって固体デバイスの動作中に内部空洞内でのSiOの生成が回避され;それによって内部空洞がSiOの蓄積を回避し;それによってビーム特性の劣化速度が2.3%/khrs以下である;内部空洞が、少なくとも1%の酸素である気体を有し;それによって複数のダイオードレーザーデバイスの動作中に内部空洞内で炭素ベースの汚染物質からCOが生成され、それによって伝播面及びウィンドウの内側表面が炭素の堆積物がないままである。 Further provided is a high power, high brightness solid state laser device package for integration into a laser system that provides a high quality blue laser beam for an extended period of time without substantial degradation in laser beam properties, the package comprising: : a housing defining an internal cavity; the internal cavity being isolated from the environment outside the housing; the housing having a window defining a portion of the internal cavity; wherein the laser beam has a wavelength of 410 nm to 500 nm; and the laser beam has a power density in the plane of propagation of at least about 0.5 MW/cm 2 ; wherein the window is in optical communication with the solid state device and in the laser beam path; the solid state device is disposed within the housing within the internal cavity and the inner surface of the window is not exposed to the external environment, thereby The solid state device and the inner surface of the window are isolated from the external environment; whereby the laser beam is transmitted along the laser beam path from the housing through the window to the external environment; the internal cavity is free of silicon-based contaminant sources. , thereby avoiding the formation of SiO 2 within the internal cavity during operation of the solid-state device; thereby avoiding the accumulation of SiO 2 in the internal cavity; The inner cavity has a gas that is at least 1% oxygen; whereby CO2 is generated from carbon-based contaminants within the inner cavity during operation of the multiple diode laser device, thereby propagating. The inner surfaces of the faces and windows remain free of carbon deposits.

さらに、レーザービームを提供するための個別のレーザーダイオードをパッケージングする密封容器が提供され;該密封容器は、内部空洞及び内側表面を画定し;内側表面にはシリコン汚染物質がなく、それによってレーザーダイオードの動作中にSiOが形成されず;また内部空洞が、内側表面上に炭素汚染物質が形成されるのを防止するための手段を包含する。 Further provided is a sealed container for packaging an individual laser diode for providing a laser beam; the sealed container defines an internal cavity and an inner surface; the inner surface is free of silicon contaminants, thereby No SiO2 is formed during operation of the diode; and the internal cavity contains means to prevent the formation of carbon contaminants on the inner surface.

また、レーザービームを提供するための複数の個別のレーザーダイオードをパッケージングする密封容器が提供され、該密封容器は、内部空洞と内側表面を画定し、内側表面にはシリコン汚染物質が実質的になく、それによってレーザーダイオードの動作中にSiOが形成されず、内部空洞が、内側表面上に炭素汚染物質が形成されるのを防止するための手段を包含する。 Also provided is a sealed container for packaging a plurality of individual laser diodes for providing a laser beam, the sealed container defining an internal cavity and an inner surface, the inner surface substantially free of silicon contaminants. , whereby no SiO2 is formed during operation of the laser diode, and the internal cavity contains means for preventing the formation of carbon contaminants on the inner surface.

またさらに、定格出力及び定格BPPを画定するビーム特性を有するレーザービームを伝播させるために個別のレーザーダイオードをパッケージングしている密封容器を動作させる方法が提供され、密封容器は、ウィンドウを備え、内部空洞及び内側表面を画定しており;当該方法は、次のステップを含む:合計で少なくとも5,000時間を有する動作時間の間、レーザービームをレーザーダイオードのファセットから空洞を通りウィンドウから出て密封容器から離れるように伝播させる;レーザーダイオードの伝播の間に空洞の内側表面上にSiOが形成されず;レーザーダイオードの伝播の間に内部空洞内でCOが形成され;動作時間の間に、レーザービームがその定格出力の少なくとも80%とその定格BPPの少なくとも80%を維持し、それによってレーザービームの特性が動作時間に亘って最小限に劣化する。 Still further provided is a method of operating a sealed container packaging an individual laser diode for propagating a laser beam having beam characteristics defining a rated power and a rated BPP, the sealed container comprising a window; defining an inner cavity and an inner surface; the method includes the steps of: directing the laser beam from the facets of the laser diode through the cavity and out the window for a total operating time of at least 5,000 hours; Propagating away from the sealed container; no SiO2 is formed on the inner surface of the cavity during laser diode propagation; CO2 is formed within the internal cavity during laser diode propagation; during operating time In addition, the laser beam maintains at least 80% of its rated power and at least 80% of its rated BPP, thereby minimizing degradation of laser beam properties over operating time.

加えて、定格出力及び定格BPPを画定するビーム特性を有する結合レーザービームを伝播させるために複数のレーザーダイオードをパッケージングしている密封容器を動作させる方法が提供され、密封容器は、ウィンドウを備え、内部空洞及び内側表面を画定しており;当該方法は、次のステップを含む:個別のレーザービームをレーザーダイオードのファセットから伝播させることと;空洞内で結合レーザービームを形成するように個別のレーザービームを結合することと、合計で少なくとも5、000時間を有する動作時間の間、結合レーザービームをウィンドウの外に密封容器から離れるように向けるようにすること;レーザーダイオードの伝播の間に空洞の内側表面上にSiOが形成されず;レーザーダイオードの伝播の間にCOが内部空洞内に形成され;動作時間の間に、結合レーザービームがその定格出力の少なくとも80%とその定格BPPの少なくとも80%を維持し、それによってビームの特性が動作時間に亘って最小限に劣化する。 Additionally provided is a method of operating a sealed container packaging a plurality of laser diodes for propagating a combined laser beam having beam characteristics defining a rated power and a rated BPP, the sealed container comprising a window. , defining an internal cavity and an inner surface; the method includes the steps of: propagating individual laser beams from facets of a laser diode; and individual laser beams to form combined laser beams within the cavity. combining the laser beams and directing the combined laser beams out of the window and away from the sealed container for a total operating time of at least 5,000 hours; no SiO2 is formed on the inner surface of the; CO2 is formed in the internal cavity during propagation of the laser diode; during the operating time, the coupled laser beam is at least 80% of its rated power and its rated BPP of at least 80%, so that beam properties are minimally degraded over operating time.

またさらに、以下の特徴のうちの1つ以上を有する、容器、パッケージ、アセンブリ、及び方法が提供される:レーザービームは青色レーザービームである;レーザービームは緑色レーザービームである;レーザービームが、1Wから10,000Wの出力、約500Wの出力、又は約1,000Wの出力を有する;レーザービームが、50mm mradから10mm mrad、20mm mradから1mm mrad、又は10mm mradから0.1mm mradのBPPを有する;レーザービームが、0.5MW/cmから1,000MW/cm、少なくとも約1MW/cm、少なくとも約5MW/cm、又は少なくとも約10MW/cmの出力密度を有する;内側表面上に炭素汚染物質が形成されるのを防止するための手段が、酸素含有雰囲気である;酸素含有雰囲気が、少なくとも1%、少なくとも10%、少なくとも20%、少なくとも50%、又は5%から80%の酸素濃度を有する;酸素含有雰囲気が、密封容器内に流入し且つ密封容器から流出している;内側表面上に炭素汚染物質が形成されるのを防止するための手段が、内側表面が炭素汚染物質を有さないことである;密封容器が、少なくとも5,000時間の80%レーザー寿命を有する;密封容器が、少なくとも10,000時間の80%レーザー寿命を有する;密封容器が、5,000時間から10,000時間の80%レーザー寿命を有する;劣化速度が、2.5%/khrs以下である;劣化速度が、2.0%/khrs以下である;劣化速度が、1.5%/khrs以下である;ヒートシンクを有するか又は使用し、ダイオード又は複数のダイオードがヒートシンク上に実装され、それによってレーザーダイオードの2次元アレイが形成される;バックプレーンを有するか又は使用し、ダイオード又は複数のダイオードがバックプレーン上に実装されている;レーザービームを操作するための光学系を備える;容器が、TO-9Canであるか又はTO-9Canを備える;出力密度が少なくとも約10MW/cmであり、レーザービームが少なくとも約2Wの出力を有し、劣化速度が2.0%/khrs以下である;出力密度が少なくとも約5MW/cmであり、レーザービームが少なくとも約1.5Wの出力を有し、劣化速度が1.8%/khrs以下である;出力密度が少なくとも約15MW/cmであり、レーザービームが少なくとも約5Wの出力を有し、劣化速度が2.3%/khrs以下である;内部空洞が少なくとも10%の酸素を含む雰囲気を有する;内部空洞が少なくとも40%の酸素を含む雰囲気を有する;内部空洞が少なくとも60%の酸素を含む雰囲気を有する;シリコンベースの汚染物質源が、シロキサン、重合シロキサン、直鎖状シロキサン、環状シロキサン、シクロメチコン、及びポリシロキサンからなる群から選択される;炭素ベースの汚染物質源が、溶媒残留物、オイル、指紋、及び炭化水素からなる群から選択される;シリコン汚染物質が、パッケージ又は密封容器内で、0.01g未満、0.001g未満、0.0001g未満、0.00001g未満、又は0.000001g未満である;シリコン汚染物質が、パッケージ又は密封容器内で、0.01ppm未満のシリコン、0.001ppm未満のシリコン、0.0001ppm未満のシリコン、又は0.00001ppm未満のシリコンを有する;ビーム特性の劣化速度が2.0%/khrs以下である;ビーム特性の劣化速度が1.8%/khrs以下である;10,000時間以上の寿命を有することによって特徴付けられる;30,000時間以上の寿命を有することによって特徴付けられる;50,000時間以上の寿命を有することによって特徴付けられる;70,000時間以上の寿命を有することによって特徴付けられる;レーザービームが、ファセット、ウィンドウ、又はその両方で、0.5MW/cmから1,000MW/cm、少なくとも約1MW/cm、少なくとも約5MW/cm、又は少なくとも約10MW/cmの出力密度を有する;内部空洞が少なくとも1%の酸素を含む雰囲気を有する;動作時間が合計で少なくとも7,500時間を有する;動作時間が合計で少なくとも10,000時間を有する;定格出力の80%が、さらに2,500時間の動作時間の間維持される;容器は複数の断続的なデューティーサイクルに亘って動作され、各デューティーサイクルは動作のデューティーサイクル時間間隔を画定し、動作のデューティーサイクル時間間隔の合計は動作時間に等しい。 Still further provided are containers, packages, assemblies, and methods having one or more of the following features: the laser beam is a blue laser beam; the laser beam is a green laser beam; a power of 1 W to 10,000 W, about 500 W, or about 1,000 W; the laser beam has a power density of from 0.5 MW/cm 2 to 1,000 MW/cm 2 , at least about 1 MW/cm 2 , at least about 5 MW/cm 2 , or at least about 10 MW/cm 2 ; on the inner surface A means for preventing the formation of carbon contaminants in is an oxygen-containing atmosphere; an oxygen-containing atmosphere is flowing into and out of the sealed container; a means for preventing the formation of carbon contaminants on the inner surface is such that the inner surface is carbon The sealed container has an 80% laser life of at least 5,000 hours; The sealed container has an 80% laser life of at least 10,000 hours; Has an 80% laser life of 000 hours to 10,000 hours; Degradation rate is 2.5%/khrs or less; Degradation rate is 2.0%/khrs or less; Degradation rate is 1.5 %/khrs; having or using a heat sink, a diode or a plurality of diodes mounted on the heat sink, thereby forming a two-dimensional array of laser diodes; having or using a backplane, the diodes or a plurality of diodes mounted on the backplane; comprising optics for steering the laser beam; the canister being or comprising a TO-9 Can; a power density of at least about 10 MW/cm 2 , the laser beam has a power of at least about 2 W and a degradation rate of 2.0%/khrs or less; the power density is at least about 5 MW/cm 2 and the laser beam has a power of at least about 1.5 W; a power density of at least about 15 MW/cm 2 , a laser beam having a power of at least about 5 W, and a degradation rate of 2.3%/khrs or less; khrs; the interior cavity has an atmosphere comprising at least 10% oxygen; the interior cavity has an atmosphere comprising at least 40% oxygen; the interior cavity has an atmosphere comprising at least 60% oxygen; contaminant sources are selected from the group consisting of siloxanes, polymeric siloxanes, linear siloxanes, cyclic siloxanes, cyclomethicones, and polysiloxanes; selected from the group consisting of hydrogen; silicon contaminants less than 0.01 g, less than 0.001 g, less than 0.0001 g, less than 0.00001 g, or less than 0.000001 g in package or sealed container; The contaminant has less than 0.01 ppm silicon, less than 0.001 ppm silicon, less than 0.0001 ppm silicon, or less than 0.00001 ppm silicon in the package or sealed container; 0%/khrs or less; beam property degradation rate of 1.8%/khrs or less; characterized by having a lifetime of 10,000 hours or greater; by having a lifetime of 30,000 hours or greater. characterized by having a lifetime of 50,000 hours or more; characterized by having a lifetime of 70,000 hours or more; /cm 2 to 1,000 MW/cm 2 , at least about 1 MW/cm 2 , at least about 5 MW/cm 2 , or at least about 10 MW/cm 2 ; the internal cavity has an atmosphere containing at least 1% oxygen; Has a total operating time of at least 7,500 hours; Has a total operating time of at least 10,000 hours; 80% of rated power is maintained for an additional 2,500 hours of operating time; is operated over a plurality of intermittent duty cycles, each duty cycle defining a duty cycle time interval of operation, the sum of the duty cycle time intervals of operation being equal to the operation time.

出力対時間のグラフであり、高出力青色レーザーシステムにおける劣化速度を示す劣化曲線を提供する図である。1 is a graph of power versus time, providing a degradation curve showing degradation rates in a high power blue laser system; FIG.

本発明にかかる、改善された出力の出力対時間の実施形態のグラフであり、4つの異なる高出力青色レーザーシステムにおける劣化速度を示す劣化曲線を提供する図である。FIG. 2 is a graph of an embodiment of improved power output versus time according to the present invention, providing degradation curves showing degradation rates in four different high power blue laser systems;

本発明にかかるレーザーシステムの概略図である。1 is a schematic diagram of a laser system according to the invention; FIG.

本発明にかかるレーザーシステムの概略図である。1 is a schematic diagram of a laser system according to the invention; FIG.

本発明にかかるレーザーシステムの概略図である。1 is a schematic diagram of a laser system according to the invention; FIG.

本発明にかかるレーザーシステムの概略図である。1 is a schematic diagram of a laser system according to the invention; FIG.

本発明にかかる、レーザーシステムの実施形態の、ワット(パーセンテージ)でのレーザー出力対動作時間(時間)のグラフである。1 is a graph of laser power in watts (percentage) versus operating time (hours) for an embodiment of a laser system in accordance with the present invention;

本発明にかかる、レーザーシステムの実施形態の、レーザー出力(ワット)対動作時間(時間)のグラフである。1 is a graph of laser power (watts) versus operating time (hours) for an embodiment of a laser system in accordance with the present invention;

本発明にかかる、汚染物質の堆積が生じうるが延長された寿命のレーザーの実施形態によって避けられる典型的なエリアを示しているダイオードレーザーの概略図である。1 is a schematic diagram of a diode laser showing typical areas where contaminant deposition can occur but is avoided by an extended lifetime laser embodiment in accordance with the present invention; FIG.

本発明にかかる、延長された寿命を提供するパッケージ内のダイオードレーザーの概略図である。1 is a schematic diagram of a diode laser in a package providing extended lifetime according to the present invention; FIG.

本発明にかかる、延長された寿命を提供するパッケージ内のダイオードレーザーの概略図である。1 is a schematic diagram of a diode laser in a package providing extended lifetime according to the present invention; FIG.

本発明にかかるTO-9Canレーザーダイオードの実施形態の断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a TO-9Can laser diode according to the present invention; FIG.

本発明にかかるマルチ・レーザーパッケージの実施形態における、図12のTO-9Canの実装の実施形態の実例である。13 is an illustration of an embodiment of an implementation of the TO-9Can of FIG. 12 in an embodiment of a multi-laser package according to the present invention;

本発明にかかるマルチ・レーザーパッケージの実施形態における、図12のTO-9Canの実装の実施形態の実例である。13 is an illustration of an embodiment of an implementation of the TO-9Can of FIG. 12 in an embodiment of a multi-laser package according to the present invention;

本発明にかかる複数のダイオードレーザーパッケージの実施形態の斜視図である。1 is a perspective view of an embodiment of a multiple diode laser package in accordance with the present invention; FIG.

図15Aのパッケージの平面図である。15B is a plan view of the package of FIG. 15A; FIG.

図15Aのパッケージの断面図である。15B is a cross-sectional view of the package of FIG. 15A; FIG.

本発明にかかる複数のダイオードレーザーパッケージの平面概略図である。1 is a schematic plan view of a multiple diode laser package according to the present invention; FIG.

図16Aのパッケージの断面図である。16B is a cross-sectional view of the package of FIG. 16A; FIG.

本発明にかかる複数のダイオードレーザーパッケージの平面概略図である。1 is a schematic plan view of a multiple diode laser package according to the present invention; FIG.

図17Aのパッケージの断面図である。17B is a cross-sectional view of the package of FIG. 17A; FIG.

本発明は、概して、UV、青色、及び緑色の波長領域の高品質で高信頼性なレーザービームを生成するレーザーに関する。 The present invention relates generally to lasers that produce high quality, highly reliable laser beams in the UV, blue, and green wavelength regions.

実施形態においては、本発明は、高品質、高信頼性、及び長寿命な青色レーザービームを生成するレーザー、レーザーパッケージ、及びハウジングに関する。 In embodiments, the present invention relates to lasers, laser packages, and housings that produce high quality, reliable, and long-lived blue laser beams.

実施形態においては、少なくとも5,000時間の寿命を有する、約400nmから約500nmの波長領域のレーザーシステム、及びそのようなシステムのための固体レーザーパッケージが提供される。 In embodiments, a laser system in the wavelength region of about 400 nm to about 500 nm having a lifetime of at least 5,000 hours and a solid state laser package for such a system are provided.

本明細書は主として500nmの波長に焦点を当てているが、これは単なる例示であり、提供されるパッケージング、組み立て技術、及び洗浄技術は、青色、青色-緑色、緑色、より短い波長、及び潜在的に他の波長のレーザーシステム、特に高輝度で高出力なシステムに適用可能であることを理解されたい。 Although this specification focuses primarily on wavelengths of 500 nm, this is by way of example only and the packaging, assembly and cleaning techniques provided include blue, blue-green, green, shorter wavelengths, and It should be understood that it is potentially applicable to laser systems of other wavelengths, especially high brightness and high power systems.

概して、青色レーザーダイオードエミッタの出力は、通常1つのダイオード当り約5Wであり、典型的には1つのダイオード当り10W未満であるが、より高い出力とすることも可能である。複数のエミッタ、例えば、ダイオードからのビームを結合することによって、高出力な青色レーザーシステムが得られる。これらの青色レーザービームの結合は、単一のエミッタ、エミッタのバー、及びこれらの組合せ及び変形形態からとすることができる。これらのエミッタからのレーザービームは、例えば、空間的方法、スペクトル法、コヒーレント法、及び偏向法の組合せを使用して結合される。これらのビーム結合システムの例は、米国特許公報第2016/0322777号、第2018/0375296号、第2016/0067827号、第2019/0273365号、及び第2020/0086388号、並びに2019年11月25日に出願された米国特許出願第16/695,090号に教示及び開示されており、それぞれの開示の全体が参照によりここに組み込まれる。 In general, the power output of blue laser diode emitters is usually about 5 W per diode, typically less than 10 W per diode, although higher power is possible. By combining the beams from multiple emitters, eg diodes, a high power blue laser system is obtained. The combination of these blue laser beams can be from single emitters, bars of emitters, and combinations and variations thereof. Laser beams from these emitters are combined, for example, using a combination of spatial, spectral, coherent, and polarizing methods. Examples of these beam combining systems are described in U.S. Patent Publication Nos. 2016/0322777, 2018/0375296, 2016/0067827, 2019/0273365, and 2020/0086388, and Nov. 25, 2019. No. 16/695,090, filed in U.S. Patent Application Serial No. 16/695,090, the entire disclosures of each of which are incorporated herein by reference.

概して、複数のエミッタからのこれらのビームの結合は、ビームをコリメートして結合するための、レンズ、ミラー、回折格子、波長板などの受動光学素子の使用を含む。ラマン変換をビーム結合のために使用することもできる。溶接、ろう付け、又はアディティブマニュファクチャリングなどの多くの工業用途のために高輝度光源が必要とされ、これらは、典型的には、同じパッケージの内側のレーザーエミッタに近接して配置された非常に短い焦点距離のレンズを備える。以下では、パッケージ内の部品はレーザーアセンブリを形成する如何なる要素も参照し、それらは、光学的な機能部品(レンズ、回折格子、ミラー、波長板、ウィンドウなど)、機械的部品(パッケージハウジング、スペーサ、マウントなど)、及び位置決め部品(例えば接着剤、半田、機械的ハードウェア)として分類される。 Combining these beams from multiple emitters generally involves the use of passive optical elements such as lenses, mirrors, gratings, waveplates, etc. to collimate and combine the beams. Raman transforms can also be used for beam combining. For many industrial applications such as welding, brazing, or additive manufacturing, high-intensity light sources are required, which are typically placed in close proximity to the laser emitter inside the same package. equipped with a short focal length lens. In the following, components within the package will refer to any elements that form the laser assembly, including functional optical components (lenses, gratings, mirrors, waveplates, windows, etc.), mechanical components (package housings, spacers, etc.). , mounts, etc.), and positioning components (eg, adhesives, solders, mechanical hardware).

レーザーダイオード製造業者は、エミッタの高信頼性を確保にするために青色レーザーダイオードの設計及び製造において進歩してきた。同様に、青色波長での所望の反射性をもたらす一方で青色レーザーダイオード光源の典型的強度に適合する信頼性のある誘電体コーティングを利用できる。しかしながら、本発明以前には、高出力青色レーザーダイオードシステムは、工業用途での使用、特に工業用途でのコスト効率のよい使用に対して要求される信頼性のレベルには達していなかった。これは典型的には、システムの組み立て中にシステム内に取り込まれるシリコンベースの汚染物質及び炭素ベースの汚染物質源の存在に起因することが見出されており、それは、以下に述べるように、レーザーの動作中にシステムの活性光学面上に堆積物を形成し、レーザー性能を劣化させてレーザー及びレーザーシステムの寿命を短くする。 Laser diode manufacturers have advanced in the design and manufacture of blue laser diodes to ensure high emitter reliability. Similarly, reliable dielectric coatings are available that match the typical intensity of blue laser diode light sources while providing the desired reflectivity at blue wavelengths. However, prior to the present invention, high power blue laser diode systems have not reached the level of reliability required for industrial use, especially for cost effective use in industrial applications. It has been found that this is typically due to the presence of silicon-based contaminants and carbon-based contaminant sources that are introduced into the system during assembly of the system, which are described below, Deposits form on the active optical surfaces of the system during operation of the laser, degrading laser performance and shortening the life of the laser and laser system.

高出力青色レーザーダイオードシステムの寿命の制限要因、実施形態においては主制限要因は、特にダイオード、光学アセンブリ、及びダイオードと光学アセンブリの両方のシステムのパッケージングに関連している。炭化水素又はポリシロキサンなどの揮発性有機化合物による汚染物質は、パッケージ中の接着剤又は他の材料の気体放出に起因する。他のよくある汚染物質源には、組み立て工程中の環境中に存在する空中浮遊汚染物質、いずれかの部品の保管容器からの残留物、その工程で使用された工具上に存在した表面汚染物質、及び一般にパッケージ中に使用される何らかの材料と接触する表面、が含まれる。一般に、レーザーの通常動作に関連した温度範囲内で微量の気体状汚染物質を生成するのに十分な蒸気圧を有する何らかの有機化合物がレーザーシステムの信頼性に潜在的に有害であると現在考えられている。青色レーザーの短い波長、及びより短い波長のレーザーは、二光子過程が、原子状の酸素、水素、又はオゾンなどの反応種をパッケージ内に効率的に生成することを可能にすると言われている。これらの反応種は、次いで、ビーム経路中の光学面、すなわち光学的に活性な表面上で様々な固体の堆積物又は積層物の原因となる揮発性有機汚染物質と気相反応し、これは時間の経過とともに光学的損失を増加させ、システムの出力を低下させ、レーザービームの特性を劣化させる。これらの堆積物及び積層物は、システムの寿命を徐々に低下させると考えられる。また、これらの堆積物及び積層物はシステムの寿命の終わりに達する主な理由であると考えられる。 A limiting factor, in embodiments a major limiting factor, in the lifetime of high power blue laser diode systems relates specifically to the diode, the optical assembly, and the packaging of both the diode and the optical assembly system. Volatile organic compound contaminants such as hydrocarbons or polysiloxanes result from outgassing of adhesives or other materials in the package. Other common sources of contaminants include airborne contaminants present in the environment during the assembly process, residue from storage containers for any parts, and surface contaminants present on tools used in the process. , and surfaces that typically come into contact with any material used in packaging. Generally, it is currently believed that any organic compound with sufficient vapor pressure to produce trace gaseous contaminants within the temperature range associated with normal laser operation is potentially detrimental to laser system reliability. ing. Short wavelengths of blue lasers, and shorter wavelength lasers, are said to allow two-photon processes to efficiently generate reactive species such as atomic oxygen, hydrogen, or ozone within the package. . These reactive species then undergo gas-phase reactions with volatile organic contaminants that cause various solid deposits or laminates on optical surfaces in the beam path, i.e., optically active surfaces, which are Over time, it increases optical losses, reduces system output, and degrades laser beam properties. These deposits and laminates are believed to progressively reduce the life of the system. These deposits and laminates are also believed to be the primary reason systems reach end of life.

よって、本発明の実施形態は、本明細書で説明され教示されているように、これらの堆積物を最小限にし、低減し、回避し、また高信頼性、小さい劣化速度、及び長い寿命を有する青色、潜在的には緑色のレーザーシステムを提供する。 Accordingly, embodiments of the present invention, as described and taught herein, minimize, reduce, and avoid these deposits and provide high reliability, low degradation rates, and long life. provide a blue and potentially green laser system with

図1には、シリコン汚染物質の量を低減していない典型的な青色レーザーシステムでの出力対時間のグラフが示されている。よって、このシステムはシリコンベースの汚染物質源を含み、よってシリコンベースの汚染物質源がなくはない。Piは定格値でもある初期出力101であり、Pfは約150時間の動作時間で定格値の88.73%に相当する最終出力102である。 FIG. 1 shows a graph of power versus time for a typical blue laser system without reducing the amount of silicon contaminants. Thus, the system includes silicon-based contaminant sources and is therefore not without silicon-based contaminant sources. Pi is the initial output 101, which is also the rated value, and Pf is the final output 102, which corresponds to 88.73% of the rated value after about 150 hours of operation.

図1のシステムの乏しい性能に比べて、本発明の実施形態の性能では、図2に示されるように、本発明の実施形態を使用したレーザー寿命の大幅な増加が見られる。図2は、本発明の実施形態にかかる4つのレーザー201、202、203、204の出力対動作時間についての4つのプロット(線)を示している。400時間の時点で、これらのレーザーの全てが98%より大きなレーザー寿命を示している。 Compared to the poor performance of the system of FIG. 1, the performance of embodiments of the present invention shows a significant increase in laser lifetime using embodiments of the present invention, as shown in FIG. FIG. 2 shows four plots (lines) of power versus operating time for four lasers 201, 202, 203, 204 according to embodiments of the present invention. At 400 hours, all of these lasers show greater than 98% laser lifetime.

図3には、高出力で高輝度な青色レーザーシステム300の概略的なブロック図がある。システム300は、レーザーダイオード、例えばエミッタ301の集合を有する。レーザーダイオード301は、ダイオードを取り付け、位置決めし、保持するための様々な機械的部品320を有する。これらの機械的部品320は、ベース321に、例えば取り付けられ、固定されるなどして直接的又は間接的に物理的に関連付けられている。ベース321は、内面323を有するカバー322に機械的に関連付けられている。カバー322は、ベース321に取り付けられてベースに密封され、外部環境335から隔離された内部空洞334を囲む又は包含するハウジング326を形成する。ベース321に直接的又は間接的に関連付けられた更なる機械的部品324に直接的又は間接的に物理的に関連付けられた光学部品302がある。レーザーダイオード301及び光学部品302は、ハウジング326によって外部環境335から隔離された内部空洞334内に収容されている。 FIG. 3 shows a schematic block diagram of a high power, high brightness blue laser system 300 . System 300 has a collection of laser diodes, eg emitters 301 . Laser diode 301 has various mechanical parts 320 for mounting, positioning and holding the diode. These mechanical parts 320 are physically associated with the base 321 , directly or indirectly, eg, by being attached, fixed, or the like. Base 321 is mechanically associated with cover 322 having an inner surface 323 . Cover 322 is attached to and sealed to base 321 to form a housing 326 that encloses or contains an internal cavity 334 that is isolated from an external environment 335 . There is an optical component 302 that is directly or indirectly physically associated with a further mechanical component 324 that is directly or indirectly associated with the base 321 . Laser diode 301 and optics 302 are contained within an internal cavity 334 that is isolated from the external environment 335 by housing 326 .

レーザーダイオードのそれぞれが、青色レーザービームが伝播されるファセット、例えば304(明確性のために1つだけが示されている)を有する。レーザービーム350は、レーザービーム経路350aに沿って(レーザービームはレーザービーム経路に沿って進み、よってレーザービーム経路と一致していることが理解される)、光学系302にまで進み、そしてハウジング326のウィンドウ325にまで進んでそこを通って伝播する。よって、レーザービームは、内部空洞334を通って、その空洞の外に及び外部環境335内へと伝播する。 Each of the laser diodes has a facet, eg 304 (only one is shown for clarity), through which the blue laser beam propagates. Laser beam 350 travels along laser beam path 350a (it is understood that the laser beam travels along the laser beam path and is therefore coincident with the laser beam path), through optics 302, and into housing 326. window 325 and propagate through it. The laser beam thus propagates through the internal cavity 334 and out of that cavity and into the external environment 335 .

これらの実施形態の内部空洞、よってその空洞内の環境、好ましくは空洞内の全ての表面には、シロキサン、重合シロキサン、直鎖状シロキサン、環状シロキサン、シクロメチコン、及びポリシロキサンなどのシリコンベースの汚染物質源がない。特に、一実施形態においては、動作中に加熱される、レーザービームに曝される、好ましくはその両方であるハウジング内の表面及び接続部には、シリコンベースの汚染物質源がない。「ない」は、存在する汚染物質の量が、動作中に内部空洞内に放出されるシリコン(又は特定の汚染物質)の量が極僅か好ましくはゼロとなる程度に少ないことを意味する。このようにして、青色レーザービームが内部空洞を通って伝播する間に形成される反応性酸素が、実質的に、それと反応するシリコンを有さず、よってSiOの形成を最小にし、好ましくはSiOの形成を回避し、より好ましくはSiOを形成せず、よってSiOの堆積物を最小化し、SiOの堆積物を回避し、そしてさらに好ましくは光学的に活性な表面空洞内の光学的に活性な表面上にSiOの堆積物を形成させない。シリコンベースの汚染物質の量が回避され、よってSiOを形成するのに利用されうるシリコンが僅少であるか、無視できるか、又は当該システムの実施形態よりも大きなレーザー劣化速度が生じうるレベルよりも下である程度に低いレベルにまで低減される。概して、光学的に活性な表面は、レーザービームが触れレーザービーム経路上にあるいずれの面でもあり、これにはファセット、ファイバーの面、ミラー、レンズ、ウィンドウ、伝播面、及び透過面が含まれうる。 The interior cavities of these embodiments, and thus the environment within the cavities, preferably all surfaces within the cavities, contain silicone-based materials such as siloxanes, polymerized siloxanes, linear siloxanes, cyclic siloxanes, cyclomethicone, and polysiloxanes. No contaminant sources. In particular, in one embodiment, surfaces and connections within the housing that are heated during operation and/or exposed to the laser beam are free of sources of silicon-based contaminants. "None" means that the amount of contaminants present is so small that the amount of silicon (or specific contaminants) released into the internal cavity during operation is negligible, preferably zero. In this way, the reactive oxygen formed during the propagation of the blue laser beam through the internal cavity has substantially no silicon to react with it, thus minimizing the formation of SiO2 , preferably avoiding the formation of SiO2 , more preferably not forming SiO2 , thus minimizing SiO2 deposits, avoiding SiO2 deposits, and even more preferably within optically active surface cavities. Do not allow SiO2 deposits to form on the optically active surface. The amount of silicon-based contaminants is avoided so that little or negligible silicon is available to form SiO 2 , or below the level at which laser degradation rates can be greater than in embodiments of the system. is reduced to a level as low as below. In general, an optically active surface is any surface that a laser beam touches and is in the laser beam path, including facets, fiber surfaces, mirrors, lenses, windows, propagating surfaces, and transmissive surfaces. sell.

しかしながら、これらの実施形態の内部空洞、よってその空洞内の環境は、炭素ベースの汚染物質源を含み得る。したがって、炭素ベースの汚染物質の全て又は殆どが、組み立て中、例えばレーザーアセンブリ又はシステムのパッケージング中に、取り除かれる必要はない。そのような炭素ベースの汚染物質には、例えば、洗浄剤、溶媒、潤滑剤、オイル、人の指紋や油、及び概して他の炭化水素源が含まれうる。内部空洞は、動作中に、気体酸素、気体酸素源(例えば、動作中に酸素をシステムに供給するためのハウジングのポート又は流路)、又はその両方を含む。酸素は、青色レーザービームに曝されたときに反応性の原子状酸素を形成し、この反応性酸素は、炭素ベースの汚染物質源から放出された炭素と反応することによって気体COを形成し、したがって、内部空洞内の光学的に活性な表面上への炭素の堆積、沈着、又は積層が最小化され、好ましくは回避され、より好ましくは防止される。 However, the internal cavity of these embodiments, and thus the environment within that cavity, may contain sources of carbon-based contaminants. Therefore, all or most of the carbon-based contaminants need not be removed during assembly, eg, packaging of the laser assembly or system. Such carbon-based contaminants can include, for example, detergents, solvents, lubricants, oils, human fingerprints and oils, and generally other hydrocarbon sources. The internal cavity, in operation, contains gaseous oxygen, a source of gaseous oxygen (eg, a port or passageway in the housing for supplying oxygen to the system during operation), or both. Oxygen forms reactive atomic oxygen when exposed to a blue laser beam, and this reactive oxygen forms gaseous CO2 by reacting with carbon released from carbon-based pollutant sources. Thus, deposition, deposition, or build-up of carbon on the optically active surfaces within the internal cavity is minimized, preferably avoided, and more preferably prevented.

これらの様々な実施形態の内部空洞は、1%から100%の酸素、約5%から約80%の酸素、約10%から約50%の酸素、約30%から約80%の酸素、約5%から約30%の酸素、及び空気中に存在する大気での量の酸素(例えば、内部空洞はクリーンドライエアを含むことができる)を有することができる。内部空洞中の他の気体は、例えば、窒素とすることができる。 The internal cavities of these various embodiments are 1% to 100% oxygen, about 5% to about 80% oxygen, about 10% to about 50% oxygen, about 30% to about 80% oxygen, about It can have from 5% to about 30% oxygen, and the atmospheric amount of oxygen present in air (eg, the internal cavity can contain clean dry air). The other gas in the internal cavity can be nitrogen, for example.

これらの実施形態の内部空洞は、内部空洞内に存在するか又は利用できる、0.01ppm未満のシリコン、0.001ppm未満のシリコン、0.0001ppm未満のシリコン、及びより少ない量のシリコンを有する。 The internal cavities of these embodiments have less than 0.01 ppm silicon, less than 0.001 ppm silicon, less than 0.0001 ppm silicon, and lesser amounts of silicon present or available within the internal cavity.

レーザーアセンブリの内部空洞内の気体酸素と内部空洞内のシリコンベースの汚染物質源がないこととの一方及び好ましくは両方と、青色レーザービームとの組合せは、約5,000時間から約100,000時間、約10,000時間から約90,000時間、約5,000時間から約50,000時間、約30,000時間から約70,000時間、少なくとも約20,000時間、少なくとも約30,000時間、少なくとも約40,000時間、少なくとも約50,000時間、及びより長い時間の寿命を有しうる(及びそのような寿命を有するものとして正しく特徴付けられ、販売され、分類されることもできる)アセンブリを提供する。 The combination of one and preferably both gaseous oxygen within the internal cavity of the laser assembly and the absence of silicon-based contaminant sources within the internal cavity, with a blue laser beam takes about 5,000 hours to about 100,000 hours. hours, about 10,000 hours to about 90,000 hours, about 5,000 hours to about 50,000 hours, about 30,000 hours to about 70,000 hours, at least about 20,000 hours, at least about 30,000 hours hours, at least about 40,000 hours, at least about 50,000 hours, and longer (and can also be correctly characterized, marketed, and classified as having such a life). ) to provide assembly.

これらの高信頼性、すなわちこれらの長寿命を有する、レーザーシステム又はアセンブリの様々な実施形態は、青色レーザービーム(例えば、約410nmから約500nm、410nmから500nm、約405-495nm、450nm、約450nm、460nm、約460nm、470nm、及び約470nmの波長)を提供し又は伝播させることができる。これらの青色レーザービームは、約10pm(ピコメーター)から約10nm、約5nm、約10nm、約20nm、約10nmから約30nm、約5nmから約40nm、約20nm以下、約30nm以下、約15nm以下、約10nm以下、並びにより大きい及び小さい値のバンド幅を有することができる。これらの青色レーザービームは、約100W(ワット)から約100,000W、約100Wから約40,000W、約100Wから約1,000W、約200W、約250W、約500W、約1,000W、約10,000W、少なくとも約100W、少なくとも約200W、少なくとも約500W、少なくとも約1,000Wの出力、並びにより大きい及び小さい出力を有することができる。個別のダイオードのパッケージに対して、これらのレーザービームは、約1Wから約10W、約3W、約5W、約6W、及び約10W以上の出力を有することができる。これらの青色レーザービームは、約5mm mradから約50mm mrad、約40mm mrad未満、約30mm mrad未満、約20mm mrad未満、約15mm mrad未満、約10mm mrad未満、20mm mrad以下、15mm mrad以下、並びにより大きい及び小さい値のBPPを有することができる。ラマンレーザーベースのシステムに対して、これらの青色レーザービームのBPPは、5mm mrad未満、1mm mrad未満、約0.1から約1mm mrad、約0.1から約0.5mm mrad、約0.13mm mrad、及び約0.15mm mradとすることができる。 Various embodiments of laser systems or assemblies that have these high reliability, i.e., long lifetimes, utilize blue laser beams (e.g., about 410 nm to about 500 nm, 410 nm to 500 nm, about 405-495 nm, 450 nm, about 450 nm) , 460 nm, about 460 nm, 470 nm, and about 470 nm wavelengths). These blue laser beams range from about 10 pm (picometer) to about 10 nm, about 5 nm, about 10 nm, about 20 nm, about 10 nm to about 30 nm, about 5 nm to about 40 nm, about 20 nm or less, about 30 nm or less, about 15 nm or less, It can have a bandwidth of about 10 nm or less, as well as higher and lower values. These blue laser beams have powers of about 100 W (Watts) to about 100,000 W, about 100 W to about 40,000 W, about 100 W to about 1,000 W, about 200 W, about 250 W, about 500 W, about 1,000 W, about 10 ,000 W, at least about 100 W, at least about 200 W, at least about 500 W, at least about 1,000 W, as well as higher and lower power outputs. For individual diode packages, these laser beams can have powers of about 1 W to about 10 W, about 3 W, about 5 W, about 6 W, and about 10 W or more. These blue laser beams range from about 5 mm mrad to about 50 mm mrad, less than about 40 mm mrad, less than about 30 mm mrad, less than about 20 mm mrad, less than about 15 mm mrad, less than about 10 mm mrad, 20 mm mrad or less, 15 mm mrad or less, and more. It is possible to have large and small values of BPP. For Raman laser-based systems, the BPP of these blue laser beams is less than 5 mm mrad, less than 1 mm mrad, about 0.1 to about 1 mm mrad, about 0.1 to about 0.5 mm mrad, about 0.13 mm. mrad, and about 0.15 mm mrad.

レーザーシステム及びアセンブリのこれらの様々な実施形態のためのこれらのレーザービームは、ビーム特性(例えば、ビームの出力、BBP、バンド幅、又は他の特性、及びこれらの特性の1つ以上及び全ての組合せ)の約2.5%/khrs(1,000時間当り約2.5%)以下、約2.3%/khrs以下、約2.1%/khrs以下、約2.0%/khrs以下、約1.8%/khrs以下、約2.3%/khrsから約1.5%/khrs、並びにより大きい及び小さい量の劣化速度を有することができる。好ましい実施形態においては、これらの劣化速度は、レーザーに対する特性の「定格値」のときに、レーザーシステムの寿命内で、及びその両方で、存在する。好ましい実施形態においては、これらの劣化速度は、システムの寿命の全体に亘って存在する。より好ましい実施形態においては、レーザーシステムは、劣化曲線、すなわち劣化対時間のプロットがフラット、すなわち劣化速度がゼロであるそれら寿命期間を有するであろう。このゼロ劣化の期間は、1時間から500時間以上でありえ、寿命の10%、寿命の20%、寿命の30%、及びそれ以上の期間となりうる。 These laser beams for these various embodiments of laser systems and assemblies may have beam characteristics such as power, BBP, bandwidth, or other characteristics of the beam, and one or more and all of these characteristics. combination) of about 2.5%/khrs (about 2.5% per 1,000 hours) or less, about 2.3%/khrs or less, about 2.1%/khrs or less, about 2.0%/khrs or less , about 1.8%/khrs or less, about 2.3%/khrs to about 1.5%/khrs, and greater and lesser amounts. In preferred embodiments, these degradation rates are present at the "rated value" of the properties for the laser, within the lifetime of the laser system, and both. In preferred embodiments, these degradation rates exist throughout the life of the system. In a more preferred embodiment, the laser system will have those lifetimes where the degradation curve, ie the plot of degradation versus time, is flat, ie the rate of degradation is zero. This period of zero degradation can be from 1 hour to 500 hours or more, and can be periods of 10% of life, 20% of life, 30% of life, and more.

これらの汚染物質(シリコンベース及び炭素ベース)は、レーザーがそれらの全動作範囲及び定格出力にわたって低出力及び高出力で動作したときに形成される。よって、これらの劣化速度は、特に明記しない限り、定格動作範囲内の定格出力での、又はそのようなレーザーに対する通常の確立された動作範囲での、レーザーの動作に対するものである。 These contaminants (silicon-based and carbon-based) are formed when lasers are operated at low and high power over their entire operating range and rated power. Thus, unless otherwise specified, these degradation rates are for operation of the laser at its rated power within its rated operating range, or the normal established operating range for such lasers.

光学的に活性な表面上の堆積の蓄積に寄与する、よって青色レーザーシステムの寿命を低減させる2つの主要な成分がある、と考えられる。これらの成分は炭素とSiOである。従来の考え方では、堆積に寄与する成分は組み立て中及びパッケージング中に低減されるか無くすことを提案していた。本発明は、このような慣習に対立し、しかしながら、残余の炭化水素の汚染物質を管理するためにSiOの堆積物の量を潜在的に増加させうる酸素の量を増加させる。このようにして、残余の炭化水素の汚染物質は存在しうるが、システムは、上昇した酸素レベルにより、システムに対するリスクを回避し、好ましくはリスクがない。シロキサンの量は、低減され、好ましくはなくされる。よって、SiOの堆積又は積層に必要な成分の一つが最小限にされ又は無くされ、酸素が個体炭素の堆積物又は積層材料の代わりにCOを形成することによって炭化水素の堆積物及び積層物を中和することが可能となる。一実施形態においては、炭化水素の汚染物質の量を、好ましくは最小限にし、実質的に無くすことができる。 It is believed that there are two major components that contribute to the accumulation of deposits on the optically active surface, thus reducing the lifetime of blue laser systems. These components are carbon and SiO2 . Conventional thinking has suggested that components that contribute to deposition are reduced or eliminated during assembly and packaging. The present invention defies such convention, however, by increasing the amount of oxygen which can potentially increase the amount of SiO2 deposits to manage residual hydrocarbon contaminants. In this way, residual hydrocarbon contaminants may be present, but the system avoids, and preferably is not, a risk to the system due to elevated oxygen levels. The amount of siloxane is reduced, preferably eliminated. Thus, one of the components necessary for deposition or deposition of SiO2 is minimized or eliminated, and the oxygen forms CO2 instead of solid carbon deposits or deposition materials, thereby reducing hydrocarbon deposits and deposition. It becomes possible to neutralize things. In one embodiment, the amount of hydrocarbon contaminants is preferably minimized and can be substantially eliminated.

シリコンベースの汚染物質源、炭素ベースの汚染物質源、及びその両方を取り除き、それらの存在を回避するために使用することができる、クリーンルームでの組み立て及びプロトコル、溶媒洗浄、摘出、プラズマ洗浄などの数多くの異なる洗浄及び組み立ての技術及び手順が知られている。当該洗浄及び組み立ての技術は、これらのレーザーシステムに対する適用可能性を有する多くの異なるそのような技術及び組合せの一例であり、当該実施形態の青色レーザーシステム、より短い波長のシステム、青色-緑色及び緑色のレーザーシステム、及び高出力システムに対して適用可能性を有するであろう。当該固体レーザー、光学アセンブリ、レーザーシステム、並びにそれらの組合せ及び変形形態に対する組み立て工程の実施形態においては、部品を洗浄して組み立てる様々な方法が、青色及び緑色のレーザーシステム、並びにより短い波長のシステムに対して見出された、様々な汚染物質現象の悪影響を最小限にするために使用することができる。実施形態においては、青色レーザーシステム、並びにより短い及び長い波長を有するシステムのための光学部品を洗浄及び組み立てる方法が、レーザー性能を時間経過にともなって劣化させる物質を軽減、最小化、又は無くすために用いられる。そのようなレーザー、光学アセンブリ、及びシステムのためのこれらの組み立て工程は、従来のシステムの信頼性の欠点に対処してそれを解決する。例えば、一実施形態においては、洗浄方法は、シリコンベースの汚染物質源を除去するために使用され、実施形態においては、動作方法は、組み立て工程の特定のステップで、部品上の特定の位置で、並びにそれらの組合せ及び変形形態で、対象とする汚染物質を除去するようにされる。この洗浄方法は、好ましくは標準的な分析技術では検出できないレベルのシリコンベースの汚染物質しか有さない、固体レーザー、光学アセンブリ、レーザーシステム(例えば、レーザー及び光学系)又はそれらの組合せを収容するパッケージの一実施形態を提供することが可能である。当該実施形態及び例を含むそのようなパッケージは、パッケージの隔離された環境内で、0.01g未満、0.001g未満、0.0001g未満、0.00001g未満、及び0.000001g未満のシリコンベースの汚染物質しかを有さないようにできる。当該実施形態及び例を含むそのようなパッケージは、(内部空洞の環境の成分、例えば、内部環境内に含まれる気体に基づくppmシリコンによって求められる)0.1ppm未満のシリコン、0.01ppm未満のシリコン、0.001ppm未満のシリコン、0.0001ppm未満のシリコン、0.00001ppm未満のシリコン、及びそれより少ない、内部空洞内のシリコンベースの汚染物質の量しか有さないようにできる。これらのシステム及び方法は、以下の特徴のうちの1つ以上を有することができる:主としてポリシロキサンの揮発性の汚染物質が除去される;残留の揮発性炭化水素の除去の利点が提供される;他の動作パラメータが異なる汚染物質を除去するために選択される。 Cleanroom assembly and protocols, such as solvent cleaning, extraction, plasma cleaning, etc., that can be used to remove and avoid the presence of silicon-based contaminant sources, carbon-based contaminant sources, and both. A number of different cleaning and assembly techniques and procedures are known. The cleaning and assembly technique is one example of many different such techniques and combinations that have applicability to these laser systems, including blue laser systems, shorter wavelength systems, blue-green and It will have applicability for green laser systems, and high power systems. In embodiments of the assembly processes for the solid state lasers, optical assemblies, laser systems, and combinations and variations thereof, various methods of cleaning and assembling the parts include blue and green laser systems, as well as shorter wavelength systems. can be used to minimize the adverse effects of various contaminant phenomena found on In embodiments, a method of cleaning and assembling optics for blue laser systems and systems with shorter and longer wavelengths to reduce, minimize, or eliminate substances that degrade laser performance over time. used for These assembly processes for such lasers, optical assemblies, and systems address and resolve the reliability shortcomings of conventional systems. For example, in one embodiment, a cleaning method is used to remove silicon-based contaminant sources, and in an embodiment, an operating method is a cleaning method that removes silicon-based contaminants at specific locations on the component at specific steps in the assembly process. , and combinations and variations thereof, to remove targeted contaminants. The cleaning method preferably accommodates solid-state lasers, optical assemblies, laser systems (e.g., lasers and optics), or combinations thereof that have levels of silicon-based contaminants that are undetectable by standard analytical techniques. It is possible to provide an embodiment of a package. Such packages, including subject embodiments and examples, have less than 0.01 g, less than 0.001 g, less than 0.0001 g, less than 0.00001 g, and less than 0.000001 g silicon-based of contaminants. Such packages, including subject embodiments and examples, contain less than 0.1 ppm silicon (as determined by ppm silicon based on the components of the internal cavity environment, e.g., gases contained within the internal environment), less than 0.01 ppm Silicon, less than 0.001 ppm silicon, less than 0.0001 ppm silicon, less than 0.00001 ppm silicon, and less silicon-based contaminants in the inner cavity. These systems and methods can have one or more of the following features: primarily polysiloxane volatile contaminants are removed; the benefits of residual volatile hydrocarbon removal are provided. other operating parameters are selected to remove different contaminants.

組み立て工程の一実施形態においては、プラズマ洗浄が使用され、特にプラズマ洗浄がパッケージ内の部品の表面からの微量の汚染物質を除去し、汚染物質又は微粒子、例えばより多くの量のこの汚染物質又は微粒子を取り除く。一実施形態においては、プラズマ洗浄は、事前洗浄ステップとともに使用され、慎重に選択した溶媒を用いた事前洗浄では極性のものと非極性のものの両方が使用される。好ましくは、溶媒は、その極性が対象とする汚染物質の極性と合うように選ばれる。よって、複数の事前洗浄ステップ、洗浄ステップ、及びプラズマ洗浄のステップが行なわれ、またこれらのステップは特定の汚染物質に対して調整することができる。 In one embodiment of the assembly process, plasma cleaning is used, in particular plasma cleaning removes trace contaminants from the surfaces of components within the package and removes contaminants or particulates, such as greater amounts of this contaminant or Remove fine particles. In one embodiment, plasma cleaning is used in conjunction with a pre-cleaning step, both polar and non-polar pre-cleaning with carefully selected solvents. Preferably, the solvent is chosen such that its polarity matches that of the contaminant of interest. Thus, multiple preclean, cleaning, and plasma cleaning steps are performed, and these steps can be tailored to specific contaminants.

組み立て工程の一実施形態においては、システム部品は、全ての揮発性成分の気体放出を加速させるために、減圧下で所定の時間の間加熱され、残余の微量の揮発性汚染物質が除去される。この予加熱ステップは、本明細書に開示された他の組み立て技術とともに使用することができ、好ましくは使用される。温度と圧力の動作条件は、対象とする汚染物質の蒸気圧がオーブン内の実際の圧力よりも高いが部品にとって依然として安全であるように選ばれる。このステップはまた、事前洗浄ステップからの溶媒の如何なる残留物も部品から除去されることを確実にする。 In one embodiment of the assembly process, the system components are heated under reduced pressure for a period of time to accelerate the outgassing of all volatile components and remove residual traces of volatile contaminants. . This preheating step can and preferably is used with other assembly techniques disclosed herein. Operating conditions of temperature and pressure are chosen such that the vapor pressure of the contaminant of interest is higher than the actual pressure in the oven, but is still safe for the parts. This step also ensures that any residue of solvent from the pre-cleaning step is removed from the part.

組み立て工程の実施形態は事前洗浄と洗浄のシーケンスを画定し、そのシーケンスにおいて、洗浄工程の様々な段階での洗浄される部品の表面自由エネルギーの極性成分及び非極性成分を測定するのに都合が良い。これは、実際の除去される汚染物質を対象とするために溶媒の適切な組合せと最適な気体混合物を選択するのに有益な情報を提供する。実施形態においては、各部品の製造、保管、及びハンドリングの様々な過程により、好ましいシーケンスはアセンブリの様々な部品に対して異なりうる。 An embodiment of the assembly process defines a pre-cleaning and cleaning sequence in which it is convenient to measure the polar and non-polar components of the surface free energy of the cleaned parts at various stages of the cleaning process. good. This provides useful information for selecting the appropriate combination of solvents and optimal gas mixtures to target the actual contaminants to be removed. In embodiments, the preferred sequence may differ for different parts of the assembly due to different manufacturing, storage, and handling processes for each part.

組み立て工程の一実施形態においては、これらの洗浄技術は、パッケージングの直前又はパッケージングのときに、追加の又は第二の若しくは第三の洗浄ステップ、例えば最終洗浄ステップとして、行なわれる。組み立てを行なう前の部品及び工具の丁寧な洗浄があったとしても、いくらかの汚染物質が統合化の間にパッケージ内に入り込む可能性がある。これは、例えば、組み立てエリア内に存在する空中の汚染物質からくる可能性があり、硬化中の接着剤からの気体放出が別の汚染物質源である。したがって、一実施形態においては、アセンブリの最終洗浄はパッケージを密封する直前に行なわれる。本明細書に記載された同じ洗浄方法を個別の部品に対して使用することができる。 In one embodiment of the assembly process, these cleaning techniques are performed immediately prior to or during packaging as an additional or secondary or tertiary cleaning step, such as a final cleaning step. Even with careful cleaning of parts and tools prior to assembly, some contaminants may find their way into the package during integration. This can come, for example, from airborne contaminants present in the assembly area, with outgassing from the curing adhesive being another source of contaminants. Therefore, in one embodiment, a final cleaning of the assembly is performed just prior to sealing the package. The same cleaning methods described herein can be used for individual parts.

図9には、レーザーダイオード1000の概略図が示されている。ダイオードは、横断ガイドリッジ1010、フロントファセット1011、モード1012、及び垂直閉じ込め層1013を有する。動作中に形成される汚染物質は、典型的には、レーザーダイオードの垂直閉じ込め層1013に沿って蓄積し、モードの中心領域に最も多くの汚染物質が堆積し、典型的にはモードの強度とともに横方向に減少していく。当該システム及び方法の実施形態は、動作のときに、この堆積物並びに他の堆積物及び堆積物を回避し、最小化し、好ましくは生じることを防ぐシステムを提供する。 A schematic diagram of a laser diode 1000 is shown in FIG. The diode has a transverse guide ridge 1010 , a front facet 1011 , modes 1012 and a vertical confinement layer 1013 . Contaminants formed during operation typically accumulate along the vertical confinement layer 1013 of the laser diode, with the most contaminant deposited in the central region of the mode, typically decreases in the horizontal direction. Embodiments of the system and method provide a system that avoids, minimizes, and preferably prevents this and other deposits and deposits from occurring during operation.

外部の汚染物質の侵入を防止するために、高出力レーザーシステムは典型的には不活性雰囲気又は保護雰囲気、例えばほとんど酸素を含まない、好ましくは全く含まない雰囲気で密封されていた。しかしながら、この技術は、青色レーザーシステムに対しては効果的でなく、長寿命な青色レーザーシステムを提供するのには効果が無いことが分かっている。不活性雰囲気の従来の使用は、本明細書で説明される汚染物質の解離効果により青色レーザーシステムに対しては効果が無く、また緑色レーザーシステムに対しても効果が無いことが理論付けられており、また潜在的な他の理解されている現象とまだ完全には理解されていない現象の両方をこれらの青色波長レーザーシステム及び緑色レーザーシステムの通常動作中のレーザー性能の劣化に見ることができる、と理論付けられている。また、これらシステムの動作中に、パッケージ内部の温度が上昇し、それによりアセンブリ内のいずれかの部品からの気体放出をもたらされ、よって、熱気体放出からのこれらの微量な汚染物質がシステムの信頼性に悪影響を及ぼし、ある場合にはこの影響が非常に有害になりうる。 To prevent the intrusion of external contaminants, high power laser systems have typically been sealed in an inert or protective atmosphere, such as an atmosphere containing little or preferably no oxygen. However, this technique has been found to be ineffective for blue laser systems and ineffective in providing long-lived blue laser systems. It is theorized that the conventional use of inert atmospheres is ineffective for blue laser systems and ineffective for green laser systems due to the contaminant dissociation effects described herein. and potential other, both understood and not yet fully understood, phenomena can be seen in the degradation of laser performance during normal operation of these blue and green wavelength laser systems. , is theorized. Also, during operation of these systems, the temperature inside the package rises, which results in outgassing from any component within the assembly, and thus these trace contaminants from hot outgassing can be released into the system. reliability, and in some cases this effect can be very detrimental.

青色波長システムのこれら問題が見出され、緑色レーザーシステム及びより短い波長のシステムである本発明の実施形態は、とりわけ、精密に洗浄し、組み立て、及び洗浄と組み立ての両方を行なうための適切な方法、及び組み立て工程中の光学パッケージ(及び固体レーザーなどのそのパッケージ内の部品)などのシステムのパッケージ又はハウジングの例を提供し、またこれらの有害な工程やレーザーシステムの劣化が起こるのを防ぐ。 These problems with blue wavelength systems were found and embodiments of the present invention, green laser systems and shorter wavelength systems, are among the most suitable for precision cleaning, assembly, and both cleaning and assembly. Methods and examples of packages or housings for systems such as optical packages (and components within such packages such as solid-state lasers) are provided during the assembly process and to prevent these detrimental processes and laser system degradation from occurring. .

ビーム経路内の光学面上への揮発性有機汚染物質の蓄積に加え、別の問題は、レーザーダイオードのファセット又は他の光学部品の表面上への二酸化シリコン(SiO)の蓄積である。この二酸化シリコンの蓄積は、コーティングの反射性に変化をもたらす。場合によっては、二酸化シリコンの蓄積は光学特性を変化させる。コリメート前の単一の青色レーザーダイオードは、レーザーダイオード自体の表面で非常に強い光場を有する。ファセットでの出力密度は、空洞内のモーダル・フィラメント(modal filaments)の形成のために、最大で20MW/cmを超えうる。この高い出力密度がパッケージ内の雰囲気を解離する二光子反応をもたらすものであることが見出され、またそのように考えられている。解離されると、遊離酸素原子がいずれかの遊離シリコンと急速に結合してファセットにSiOを形成する。SiOは、同様にして、炭素ゲッタリングに堆積する。SiOを形成して堆積させるこのプロセスは、コリメート光学系などの他の光学系の至るところで進み得るが、コリメート光学系では数kW/cmのオーダーであり得るずっと低い出力密度のために、堆積速度はファセットよりも1,000倍小さいが、これは、システムのパッケージング、組み立て、及び洗浄において考慮されるべきである。 In addition to the build-up of volatile organic contaminants on optical surfaces in the beam path, another problem is the build-up of silicon dioxide ( SiO2 ) on the surfaces of laser diode facets or other optical components. This silicon dioxide build-up causes a change in the reflectivity of the coating. In some cases, the accumulation of silicon dioxide changes optical properties. A single blue laser diode before collimation has a very strong optical field at the surface of the laser diode itself. The power density at the facets can exceed up to 20 MW/cm 2 due to the formation of modal filaments inside the cavity. It has been found and believed that this high power density results in a two-photon reaction that dissociates the atmosphere within the package. Once dissociated, the free oxygen atoms rapidly combine with any free silicon to form SiO2 in the facets. SiO2 is similarly deposited on the carbon gettering. This process of forming and depositing SiO2 can proceed throughout other optical systems, such as collimating optics, but due to much lower power densities that can be on the order of a few kW/ cm2 in collimating optics, Although the deposition rate is 1,000 times smaller than facet, this should be considered in packaging, assembly, and cleaning of the system.

当該システム及びアセンブリの固体レーザーデバイスのレーザービームが伝播される光学的に活性な表面、例えばファイバーの面、ウィンドウ、又はファセットは、少なくとも約0.5MW/cm、少なくとも約1MW/cm(平方センチ当りのメガワット)、少なくとも約10MW/cm、少なくとも約20MW/cm、少なくとも約50MW/cm、少なくとも約100MW/cm、少なくとも約500MW/cm、約1,000MW/cm以下、約10MW/cmから約100MW/cm、約5MW/cmから約20MW/cm、及び約50MW/cmから約500MW/cmの出力密度を有し得る。 Optically active surfaces, such as fiber faces, windows, or facets, through which laser beams of solid-state laser devices of the systems and assemblies propagate are at least about 0.5 MW/cm 2 , at least about 1 MW/cm 2 (square megawatts per centimeter), at least about 10 MW/cm 2 , at least about 20 MW/cm 2 , at least about 50 MW/cm 2 , at least about 100 MW/cm 2 , at least about 500 MW/cm 2 , up to about 1,000 MW/cm 2 ; It can have a power density of about 10 MW/cm 2 to about 100 MW/cm 2 , about 5 MW/cm 2 to about 20 MW/cm 2 , and about 50 MW/cm 2 to about 500 MW/cm 2 .

レーザービームを発生させて伝播させる固体デバイスを当該システム及びアセンブリで使用することができる。好ましくは、固体デバイスは、青色の波長、青色-緑色の波長、及び緑色の波長を有するレーザービームを伝播させる。そのような固体レーザーデバイスは、例えば、レーザーダイオード、ファイバーレーザー、ラマンファイバーレーザー、及び結晶(例えば、ダイアモンド、KGW、YVO、Ba(NO、など)に基づくラマンレーザー、並びにそれらの1つ以上の組合せ及び変形形態とすることができる。当該システムは、工業用途及び他の用途のために高出力で高輝度なレーザービームを提供するように結合されたビームを有する、1、2、3、5、10、数十、100、数百、及び数千の固体デバイスを備えることができる。 Solid-state devices that generate and propagate laser beams can be used in such systems and assemblies. Preferably, the solid state device propagates laser beams having blue, blue-green and green wavelengths. Such solid-state laser devices include, for example, laser diodes, fiber lasers, Raman fiber lasers, and Raman lasers based on crystals (e.g., diamond, KGW, YVO4 , Ba( NO3 ) 2 , etc.), and any one thereof. One or more combinations and variations are possible. The system includes 1, 2, 3, 5, 10, 10s, 100s, 100s, 100s, 100s, 100s, 100s, 100s, 100s, 100s, 100s, 100s, 100s, 100s, and 1000s with combined beams to provide high power, high brightness laser beams for industrial and other applications. , and thousands of solid state devices.

本明細書は完成したレーザーシステムに焦点を当てているが、例えば、固体レーザーデバイス及び光学アセンブリを1つのパッケージ又はハウジング内に組み合わせるか又は統合することができ、その教示は、光学系を備えない独立型のレーザーデバイス、レーザーを備えない独立型の光学アセンブリ、並びにそれらの組合せ及び変形形態にも同様に適用可能であることを理解されたい。これらのアセンブリは、例えば光コネクタを備える光ファイバーによって、現場で又は出荷前に、光学的に統合、例えば接続されるようにできる。 Although this specification focuses on complete laser systems, for example, solid state laser devices and optical assemblies can be combined or integrated in a single package or housing, the teachings of which do not include optics. It should be understood that stand-alone laser devices, stand-alone optical assemblies without lasers, and combinations and variations thereof are equally applicable. These assemblies can be optically integrated, eg connected, either in the field or prior to shipment, eg by optical fibers with optical connectors.

当該レーザーデバイス及びシステムの実施形態は、例えば電子記憶デバイス中の部品などの溶接部品のような、工業用途に使用することができる。 Embodiments of such laser devices and systems can be used in industrial applications, such as welding parts, such as parts in electronic storage devices.

ファセット上、レーザーダイオードの他の面上、及び他の光学的に活性な表面上に出力の損失をもたらす堆積物が生成されるプロセスは、二光子過程によって引き起こされるので、そのプロセスは、デバイスがパルス駆動されるか連続波駆動されるかに関わらず生じ得る。2つの動作モードの違いは、レーザーダイオードのファセットへのSiOの堆積の速度である。堆積速度は出力密度に直接的に比例し、堆積量はその時間にわたる堆積速度の積分となる。その結果、10μm/khrsの速度で堆積が進めば、10%デューティーサイクルで動作したときに1,000時間の経過時間当り1μmのみが堆積するであろう。ここで使用される堆積速度は、単なる例示であり、多くの他の要因に依存し、主にパッケージ内に捕らえられたポリシロキサンの量に依存する。 The process by which power-loss-causing deposits are produced on facets, on other faces of laser diodes, and on other optically active surfaces is caused by a two-photon process, so the process is It can occur regardless of whether it is pulsed or continuous wave driven. The difference between the two modes of operation is the rate of SiO2 deposition on the facets of the laser diode. Deposition rate is directly proportional to power density and deposition volume is the integral of deposition rate over time. As a result, if deposition proceeds at a rate of 10 μm/khrs, only 1 μm will be deposited per 1,000 hours elapsed when operated at a 10% duty cycle. The deposition rates used here are exemplary only and depend on many other factors, primarily the amount of polysiloxane entrapped within the package.

図1及び2の比較例では20個の単一エミッタダイオードから構成された60Wクラスの青色レーザーを使用し、そのそれぞれが速軸コリメーションレンズでコリメートされてデリバリーファイバー内に結合できるようにされている。レンズは、サブミクロン精度の位置決めの後にUV硬化性光学エポキシで取り付けられている。パッケージは金メッキ銅部品から作られていて、低温はんだが使用されている。レンズは、熱膨張係数が一致するようにガラス台座に取り付けられている。この極めて単純なアセンブリは、3つの異なる種類の光学接着剤、2つのはんだ、3つの異なる種類のガラス、及び2種類の金メッキ銅を使用している。組み立て工程には、様々な工具及び部品のための保管容器を用いた複数のステップが含まれ、全てのステップが表面を汚染する機会をもたらす。そのため、青色光と汚染物質との干渉は、時間の経過とともにデバイスからの出力の急速な劣化をもたらす。これは図1に示されており、図1は長時間のテストにわたる典型的なデバイスの性能を示し、レーザーの期待寿命はたったの200時間程度(定格出力の80%に到達した時間の定義に基づく)であり、生産工程に対しては明らかに十分ではない。図1の曲線は、非常に典型的な-100%/khrsの劣化速度を示しており、デバイスの対応する寿命は200時間未満である。図1と図2の両方のデバイスは、同じ量の酸素60%を有していた。 The comparative example of FIGS. 1 and 2 uses a 60 W class blue laser composed of 20 single-emitter diodes, each of which is collimated by a fast-axis collimation lens so that it can be coupled into the delivery fiber. . The lenses are mounted with UV curable optical epoxy after sub-micron precision positioning. The package is made from gold plated copper components and uses low temperature solder. The lens is mounted on a glass pedestal so that the thermal expansion coefficients are matched. This very simple assembly uses three different types of optical glue, two solders, three different types of glass, and two types of gold-plated copper. The assembly process includes multiple steps with storage containers for various tools and parts, and every step presents an opportunity for surface contamination. Interference between blue light and contaminants therefore leads to rapid degradation of the output from the device over time. This is illustrated in Figure 1, which shows the performance of a typical device over a long-term test, with an expected laser lifetime of only about 200 hours (by definition the time to reach 80% of rated power). based), which is clearly not sufficient for the production process. The curve in Figure 1 shows a very typical degradation rate of -100%/khrs, with a corresponding lifetime of less than 200 hours for the device. Both devices in Figures 1 and 2 had the same amount of oxygen, 60%.

レーザー性能、特にレーザー性能に時間の経過とともに悪影響を与えるシステム内での少なくとも2つの青色光の干渉があることが見出された。まず、システムからの散乱光、反射光、及びその両方が、システムの表面を加熱してそれら表面からの気体放出を増加させ、また揮発する汚染物質の量を増加させ、それが堆積する汚染物質の量を増加させて、レーザーシステムの性能を劣化させる。次に、レーザービーム、二光子過程により光分解した酸素である。酸素原子は、パッケージ内の有機物と反応してCOを形成し、ポリシロキサンと反応してSiOを形成する。有機物の場合には、COはどの表面にも堆積せず、よって、炭化水素源は大して心配ではないが、ポリシロキサンは信頼性に対して非常に有害である。結果として、パッケージング環境(例えば、固体レーザーデバイス、ビーム経路、及び光学系を包含するハウジングの内部環境)は、信頼性のある動作を実現するために、水蒸気及び他の汚染物質が導入されることを防止するように組み立てられて密封される。 It has been found that there is at least two interferences of blue light within the system that adversely affect laser performance, particularly laser performance, over time. First, scattered light, reflected light, and both from the system heat the surfaces of the system, increasing outgassing from those surfaces and increasing the amount of contaminants that volatilize, which causes the contaminants to accumulate. increasing the amount of degrades the performance of the laser system. Next is oxygen photolyzed by a laser beam and a two-photon process. Oxygen atoms react with organics in the package to form CO2 and with polysiloxane to form SiO2 . In the case of organics, CO2 does not deposit on any surfaces, so hydrocarbon sources are less of a concern, but polysiloxanes are very detrimental to reliability. As a result, the packaging environment (e.g., the internal environment of the housing containing the solid-state laser device, beam path, and optics) is introduced with water vapor and other contaminants to achieve reliable operation. assembled and sealed to prevent

図2は、内部環境内にシロキサンがなく酸素雰囲気を有するようにパッケージされて組み立てられた高出力青色レーザーデバイスの5つのサンプルからの出力の変化のグラフを示している。図2のテストで使用されたレーザーデバイスは、当該実施形態に係る洗浄シーケンスの例を使用して洗浄された。シロキサンがないこれらのデバイスに対する平均劣化速度は、-2.3%/khrsであり、これは図1のデバイスと比べて43倍の寿命の改善となる。 FIG. 2 shows a graph of the change in output from five samples of high power blue laser devices packaged and assembled to have an oxygen atmosphere without siloxane in the internal environment. The laser device used in the test of FIG. 2 was cleaned using an example cleaning sequence according to this embodiment. The average degradation rate for these devices without siloxane was −2.3%/khrs, which is a 43× lifetime improvement over the device in FIG.

以下の例は、当該組み立て方法、レーザーシステム、及び動作の様々な実施形態を例示するために提供される。これらの例は、例示目的であり、予言的であり得、本発明の範囲を限定するものとしてみられるべきではなく、また限定するものではない。 The following examples are provided to illustrate various embodiments of the assembly method, laser system, and operation. These examples are for illustrative purposes, may be prophetic, and should not and should not be viewed as limiting the scope of the invention.

例1 Example 1

図10には、ダイオードの延長された寿命をもたらす密封パッケージ内に組み立てられた図9のレーザーダイオードの概略図が示されている。このパッケージは、そのシステムに延長された寿命をもたらすレーザーシステム内に後に統合することができる。ダイオード1000は、パッケージ又はレーザーダイオードのためのパッケージングを形成する密封ハウジング1050の内側に配置されており、またレーザーダイオードアセンブリである。ハウジング1050は、外部環境1052から隔離された内部環境1051を含む。ダイオード1000は、レーザービームをレーザービーム経路1056に沿ってウィンドウ1055を通して外部環境1052へと伝播させる。ウィンドウ1055の内面1080は、内部環境1051に露出し、また接触している。内部空洞内の全ての表面にシリコンベースの汚染物質はない。レーザービームは、青色波長領域内であり、3Wの出力を有する。内部環境は、60%の酸素を含み、それによって固体デバイスの動作中に、内部空洞内で洗浄後に存在している炭素ベースの汚染物質からCOが生成される。パッケージされたアセンブリは、2.0%/khrs未満の出力劣化速度と、少なくとも30,000時間のレーザー寿命を有する。 FIG. 10 shows a schematic diagram of the laser diode of FIG. 9 assembled in a hermetic package resulting in extended lifetime of the diode. This package can be later integrated into a laser system giving the system an extended lifetime. Diode 1000 is placed inside a hermetic housing 1050 that forms a package or packaging for a laser diode and is a laser diode assembly. Housing 1050 contains an internal environment 1051 that is isolated from an external environment 1052 . Diode 1000 propagates the laser beam along laser beam path 1056 through window 1055 to external environment 1052 . An inner surface 1080 of window 1055 is exposed to and in contact with internal environment 1051 . All surfaces within the inner cavity are free of silicon-based contaminants. The laser beam is in the blue wavelength region and has a power of 3W. The internal environment contains 60% oxygen, whereby CO2 is produced during operation of the solid-state device from carbon-based contaminants present after cleaning within the internal cavity. The packaged assembly has a power degradation rate of less than 2.0%/khrs and a laser life of at least 30,000 hours.

例1A Example 1A

例1の実施形態においては、内部環境は、1%から80%の酸素を含み得る。レーザービーム出力は、約1Wから約10Wとし得る。出力の劣化速度は、3%/khrs未満、2.5%/khrs未満、2%/khrs未満、及び1.5%/khrs未満となり得る。実施形態は、少なくとも20,000時間、少なくとも40,000時間、少なくとも50,000時間、少なくとも100,000時間のレーザー寿命を有し得る。特に実施形態は、レーザーシステム内に組み立てられたとき、例えば光学系とともにパッケージされたときに、これらの寿命及び劣化速度を有し得る。 In the embodiment of Example 1, the internal environment may contain 1% to 80% oxygen. The laser beam power can be from about 1W to about 10W. The power degradation rate can be less than 3%/khrs, less than 2.5%/khrs, less than 2%/khrs, and less than 1.5%/khrs. Embodiments can have laser lifetimes of at least 20,000 hours, at least 40,000 hours, at least 50,000 hours, at least 100,000 hours. In particular, embodiments may have these lifetimes and degradation rates when assembled into a laser system, eg, when packaged with optics.

例1B Example 1B

例1のレーザーダイオードはTO-9Canの青色レーザーダイオードであり、それの一実施形態が図12に示されている。 The laser diode of Example 1 is a TO-9Can blue laser diode, one embodiment of which is shown in FIG.

例1C Example 1C

図11には、ダイオードの延長された寿命を提供する密封パッケージに組み立てられて青色レーザービームを提供する4つのレーザーダイオードの概略図が示されている。このパッケージは、延長された寿命をシステムに提供するレーザーシステムに後に統合することができる。4つのレーザーダイオード1100a、1100b、1100c、1100dは、密封されて内部環境1151を有するハウジング1150内にパックされ、例えば収容される。ハウジング1150は、内部環境1151を外部環境1152から保護及び隔離する。4つのレーザーダイオードは、ビーム経路1156a、1156b、1156c、1156dに沿って進む約5Wの出力を有する青色レーザービームを伝播させる。レーザービームは、ハウジング1150からウィンドウ1155を通る各ビーム経路に沿って進み、外部環境1152へと進む。ウィンドウ1155の内面1180は、内部環境1151に露出して接している。4つの区切られたウィンドウ、すなわち各ダイオードに対して1つのウィンドウを使用することができる。内部空洞の全ての表面にはシリコンベースの汚染物質がない。レーザービームは、それぞれ、青色波長領域内であり、それぞれ約5Wの出力を有する。内部環境は60%の酸素を包含し、それによって固体デバイスの動作中に、洗浄後に残った炭素ベースの汚染物質からCOが内部空洞内で生成される。パッケージされたアセンブリは、2.0%未満の出力劣化速度と少なくとも30,000時間のレーザー寿命とを有する。 FIG. 11 shows a schematic diagram of four laser diodes assembled in a hermetic package to provide a blue laser beam that provides extended lifetime of the diodes. This package can be later integrated into the laser system providing the system with extended lifetime. The four laser diodes 1100 a , 1100 b , 1100 c , 1100 d are hermetically packed, eg housed, in a housing 1150 having an internal environment 1151 . Housing 1150 protects and isolates internal environment 1151 from external environment 1152 . The four laser diodes propagate blue laser beams with approximately 5 W of power traveling along beam paths 1156a, 1156b, 1156c, 1156d. Laser beams travel along each beam path from housing 1150 through window 1155 and into the external environment 1152 . An inner surface 1180 of the window 1155 is exposed and in contact with the internal environment 1151 . Four partitioned windows can be used, one window for each diode. All surfaces of the inner cavity are free of silicon-based contaminants. The laser beams are each in the blue wavelength region and have a power of about 5 W each. The internal environment contains 60% oxygen, whereby CO2 is produced within the internal cavity during operation of the solid-state device from carbon-based contaminants left after cleaning. The packaged assembly has a power degradation rate of less than 2.0% and a laser life of at least 30,000 hours.

例1D Example 1D

例1Cの実施形態においては、内部環境は、1%から80%の酸素を包含している。レーザービーム出力は約1Wから約10Wとすることができる。出力劣化速度は、3%/khrs未満、2.5%/khrs未満、2%/khrs未満、及び1.5%/khrs未満とすることができる。実施形態は、少なくとも20,000時間、少なくとも40,000時間、少なくとも50,000時間、及び少なくとも100,000時間のレーザー寿命を有することができる。特に実施形態は、レーザーシステム内に組み立てられたとき、例えば光学系とともにパッケージされたときに、これらの寿命及び劣化速度を有し得る。 In the embodiment of Example 1C, the internal environment contains 1% to 80% oxygen. The laser beam power can be from about 1W to about 10W. The power degradation rate can be less than 3%/khrs, less than 2.5%/khrs, less than 2%/khrs, and less than 1.5%/khrs. Embodiments can have laser lifetimes of at least 20,000 hours, at least 40,000 hours, at least 50,000 hours, and at least 100,000 hours. In particular, embodiments may have these lifetimes and degradation rates when assembled into a laser system, eg, when packaged with optics.

例1E Example 1E

例1CのレーザーダイオードはTO-9Canの青色レーザーダイオードであり、それの一実施形態が図12に示されている。 The laser diode of Example 1C is a TO-9Can blue laser diode, one embodiment of which is shown in FIG.

例2 Example 2

図4には、実質的なレーザービーム特性の劣化無しで高品質レーザービーム450を長時間に亘って提供するための高出力で高輝度な固体レーザーアセンブリ400又はレーザーシステムの実施形態が示されており、そのアセンブリは:内部空洞434を画定するハウジング426であって;内部空洞がハウジングの外側の環境435から隔離されている、ハウジングと:レーザービーム450を固体デバイスの伝播面404からレーザービーム経路450aに沿って伝播させるための固体デバイス401であって、レーザービームが伝播面404で少なくとも約0.5MW/cmの出力密度を有する、固体デバイスと;固体デバイス401と光学的に連通しレーザービーム経路450a上にある光学アセンブリ402と;を備え、固体デバイス及び光学アセンブリはハウジング426内で内部空洞434内に配置され、それによって固体デバイス及び光学アセンブリが外部環境435から隔離されており;ハウジングがハウジング伝播面425を有し、それによりレーザービーム450はハウジング426から外部環境435へとレーザービーム経路450aに沿って進み;ハウジング伝播面425は光学アセンブリ402と光学的に連通し且つレーザービーム経路450a上にあり;ハウジング伝播面から出たレーザービームはビーム特性によって特徴付けられ、そのビーム特性は:(i)少なくとも100Wの出力;(ii)40mm mrad未満のBPPを有し;内部空洞にはシリコンベースの汚染物質源がなく、それによって固体デバイスの動作中にSiOが内部空洞内で生成されず:それによって内部空洞はSiOの蓄積がないままとなり、それによってビーム特性の劣化速度は2.3%/khrs未満である。 FIG. 4 shows an embodiment of a high power, high brightness solid state laser assembly 400 or laser system for providing a high quality laser beam 450 over time without substantial degradation of laser beam properties. and the assembly includes: a housing 426 defining an interior cavity 434; the interior cavity being isolated from the environment 435 outside the housing; a solid state device 401 for propagating along 450a, wherein the laser beam has a power density at the propagation plane 404 of at least about 0.5 MW/cm 2 ; a laser in optical communication with the solid state device 401; an optical assembly 402 on the beam path 450a, the solid state device and the optical assembly being disposed within an internal cavity 434 within the housing 426, thereby isolating the solid state device and the optical assembly from the external environment 435; has a housing propagation surface 425 by which the laser beam 450 travels from the housing 426 to the external environment 435 along a laser beam path 450a; 450a; the laser beam emerging from the housing propagation surface is characterized by beam properties that: (i) have a power of at least 100 W; (ii) have a BPP of less than 40 mm mrad; There are no silicon-based contaminant sources, so that no SiO2 is generated within the internal cavity during operation of the solid-state device; less than 2.3%/khrs.

例3 Example 3

一実施形態においては、例2のレーザーアセンブリは、410nmから500nmの範囲の波長を有するレーザービームを生成する固体デバイスを有する。 In one embodiment, the laser assembly of Example 2 has a solid state device that produces a laser beam having a wavelength in the range of 410 nm to 500 nm.

例4 Example 4

一実施形態においては、例2のレーザーアセンブリは、405nmから575nmの範囲の波長を有するレーザービームを生成する固体デバイスを有する。 In one embodiment, the laser assembly of Example 2 has a solid state device that produces a laser beam having a wavelength in the range of 405 nm to 575 nm.

例5 example 5

一実施形態においては、例2のレーザーアセンブリは、500nmから575nmの範囲の波長を有するレーザービームを生成する固体デバイスを有する。 In one embodiment, the laser assembly of Example 2 has a solid state device that produces a laser beam having a wavelength in the range of 500 nm to 575 nm.

例6 Example 6

例2、3、4及び5のレーザーアセンブリの実施形態においては、固体デバイスは、ラマンファイバーレーザー、ダイオードレーザー、結晶ベースのラマンレーザー、並びにこれらの1つ以上の組合せ及び変形形態である。光学アセンブリは、コリメート光学系、集光光学系、レンズ、ミラー、ビーム結合光学系、並びにこれらの1つ以上の組合せ及び変形形態などの、光学素子を有する。ビーム特性はさらに、約20nm以下のバンド幅を有する。ハウジング伝播面は、ウィンドウ及びファイバーの面、並びにこれらの1つ以上の組合せ及び変形形態である。BPPは約15mm mrad未満であり、伝播面での出力密度は約1MW/cmから約1,000MW/cmである。 In the laser assembly embodiments of Examples 2, 3, 4 and 5, the solid state device is a Raman fiber laser, a diode laser, a crystal-based Raman laser, and combinations and variations of one or more of these. The optical assembly has optical elements such as collimating optics, focusing optics, lenses, mirrors, beam combining optics, and combinations and variations of one or more of these. The beam characteristics further have a bandwidth of about 20 nm or less. Housing propagation surfaces are window and fiber surfaces, and combinations and variations of one or more of these. The BPP is less than about 15 mm mrad and the power density at the propagating plane is about 1 MW/cm 2 to about 1,000 MW/cm 2 .

例7 Example 7

例2、3、4、5及び6のレーザーアセンブリの実施形態においては、レーザービームの出力は約100Wから約1,000Wである。ビーム特性はさらに約20nm未満のバンド幅を有し、伝播面での出力密度は約0.5MW/cmから約1,000MW/cmであり、ビーム特性の劣化速度は2.0%/khrsである。 In the laser assembly embodiments of Examples 2, 3, 4, 5 and 6, the power of the laser beam is from about 100W to about 1,000W. The beam properties further have a bandwidth of less than about 20 nm, a power density at the plane of propagation from about 0.5 MW/cm 2 to about 1,000 MW/cm 2 , and a beam property degradation rate of 2.0%/cm2. khrs.

例8 Example 8

例2-7及び13-26のレーザーアセンブリの実施形態においては、内部空洞が少なくとも1%の酸素からなる気体を有し、固体デバイスの動作中に内部空洞内で炭素ベースの汚染物質からCOが生成され、それによって固体デバイス及び光学アセンブリの伝播面に炭素の堆積物がないままとなる。 In the laser assembly embodiments of Examples 2-7 and 13-26, the internal cavity has a gas consisting of at least 1% oxygen, and CO 2 is removed from carbon-based contaminants within the internal cavity during operation of the solid state device. is produced, thereby leaving the propagating surfaces of solid-state devices and optical assemblies free of carbon deposits.

例9 Example 9

例2-7及び13-26のレーザーアセンブリの実施形態においては、内部空洞が少なくとも5%の酸素からなる気体を有し、固体デバイスの動作中に内部空洞内で炭素ベースの汚染物質からCOが生成され、それによって固体デバイス及び光学アセンブリの伝播面に炭素の堆積物がないままとなる。 In the laser assembly embodiments of Examples 2-7 and 13-26, the internal cavity has a gas consisting of at least 5% oxygen, and CO 2 is removed from carbon-based contaminants within the internal cavity during operation of the solid state device. is produced, thereby leaving the propagating surfaces of solid-state devices and optical assemblies free of carbon deposits.

例10 example 10

例2-7及び13-26のレーザーアセンブリの実施形態においては、内部空洞が少なくとも10%の酸素からなる気体を有し、固体デバイスの動作中に内部空洞内で炭素ベースの汚染物質からCOが生成され、それによって固体デバイス及び光学アセンブリの伝播面に炭素の堆積物がないままとなる。 In the laser assembly embodiments of Examples 2-7 and 13-26, the internal cavity has a gas consisting of at least 10% oxygen, and CO 2 is removed from carbon-based contaminants within the internal cavity during operation of the solid state device. is produced, thereby leaving the propagating surfaces of solid-state devices and optical assemblies free of carbon deposits.

例11 Example 11

例2-7及び13-26のレーザーアセンブリの実施形態においては、内部空洞が少なくとも20%の酸素からなる気体を有し、固体デバイスの動作中に内部空洞内で炭素ベースの汚染物質からCOが生成され、それによって固体デバイス及び光学アセンブリの伝播面に炭素の堆積物がないままとなる。 In the laser assembly embodiments of Examples 2-7 and 13-26, the internal cavity has a gas consisting of at least 20% oxygen, and CO 2 is removed from carbon-based contaminants within the internal cavity during operation of the solid state device. is produced, thereby leaving the propagating surfaces of solid-state devices and optical assemblies free of carbon deposits.

例12 Example 12

例2-7及び13-26のレーザーアセンブリの実施形態においては、内部空洞が約5%から少なくとも約50%の酸素からなる気体を有し、固体デバイスの動作中に内部空洞内で炭素ベースの汚染物質からCOが生成され、それによって固体デバイス及び光学アセンブリの伝播面に炭素の堆積物がないままとなる。 In the laser assembly embodiments of Examples 2-7 and 13-26, the internal cavity has a gas comprising from about 5% to at least about 50% oxygen, and a carbon-based gas within the internal cavity during operation of the solid state device. CO2 is produced from the contaminants so that the propagating surfaces of solid state devices and optical assemblies remain free of carbon deposits.

例13 Example 13

例2-12及び17-26のレーザーアセンブリの実施形態においては、ビーム特性の劣化速度は、2.0%/khrs以下、2.0%/khrsから1%/khrsである。 In the laser assembly embodiments of Examples 2-12 and 17-26, the rate of beam property degradation is less than or equal to 2.0%/khrs, from 2.0%/khrs to 1%/khrs.

例13A Example 13A

例13の劣化速度は、5,000時間の寿命の間、7,000時間の寿命の間、及び10,000時間の寿命の間、維持される。 The degradation rate of Example 13 is maintained for 5,000 hours life, 7,000 hours life, and 10,000 hours life.

例14 Example 14

例2-12及び17-26のレーザーアセンブリの実施形態においては、ビーム特性の劣化速度は、1.8%/khrs以下、1.8%/khrsから0.8%/khrsである。 In the laser assembly embodiments of Examples 2-12 and 17-26, the rate of beam property degradation is less than or equal to 1.8%/khrs, from 1.8%/khrs to 0.8%/khrs.

例14A Example 14A

例14の劣化速度は、5,000時間の寿命の間、7,000時間の寿命の間、及び10,000時間の寿命の間、維持される。 The degradation rate of Example 14 is maintained for 5,000 hours life, 7,000 hours life, and 10,000 hours life.

例15 example 15

例2-12及び17-26のレーザーアセンブリの実施形態においては、アセンブリは、10,000時間以上の延長された寿命を有し、またそれを有するものとして特徴付けられる。 In the laser assembly embodiments of Examples 2-12 and 17-26, the assembly has and is characterized as having an extended lifetime of 10,000 hours or more.

例16 Example 16

例2-12及び17-26のレーザーアセンブリの実施形態においては、アセンブリは、5,000時間以上の延長された寿命を有し、またそれを有するものとして特徴付けられる。 In the laser assembly embodiments of Examples 2-12 and 17-26, the assembly has and is characterized as having an extended lifetime of 5,000 hours or more.

例17 Example 17

図5には、高品質青色レーザービーム550を長時間にわたってレーザービーム特性の実質的な劣化なしで供給するための、高出力で高輝度な固体レーザーアセンブリ500の概略図が示されており、このアセンブリは;内部空洞534を画定するハウジング526であって、内部空洞がハウジング526の外側の環境535から隔離された、ハウジングと;複数のファセット、例えばファセット504から、複数のダイオードレーザービーム経路、例えば550に沿って、複数のレーザービーム、例えばビーム550を伝播させるための複数のダイオードレーザーデバイス501a、501b、501c、501d、501eであって、レーザービームが400nmから500nmの範囲の波長を有し;各レーザービームがそれぞれのファセットで少なくとも約0.5MW/cmの出力密度を有する、複数のダイオードレーザーデバイスと;ダイオードレーザーデバイスのそれぞれと光学的に連通し且つレーザービーム経路上にある光学アセンブリ502であって;コリメート光学系、例えばコリメーティング光学系560、及びビーム結合光学系565を有し;複数のダイオードレーザービームを結合して結合レーザービーム552を結合レーザービーム経路552aに沿って提供する、光学アセンブリ502と;を備え、複数のダイオードレーザーデバイス及び光学アセンブリは、ハウジング526内で内部空洞534の中に配置され、それによって複数のダイオードレーザーデバイス及び光学アセンブリは外部環境535から隔離され;ハウジングは、ハウジング伝播面525を有し、それによって結合レーザービームはハウジング526から外部環境535へと結合レーザービーム経路552aに沿って伝送され;ハウジング伝播面525は光学アセンブリ502と光学的に連通し且つ結合レーザービーム経路552a上にあり;ハウジング伝播面525から出た結合レーザービーム552はビーム特性によって特徴付けられ、そのビーム特性は:(i)少なくとも100Wの出力と;(ii)40mm mrad未満のBPPとを有し;内部空洞534には、シリコンベースの汚染物質源がなく、それによって、複数のダイオードレーザーデバイスの動作中にSiOが内部空洞内で生成されず;それによって内部空洞はSiOの堆積物がないままとされ;それによって結合ビームの特性の劣化速度が2.3%/khrs未満である。 FIG. 5 shows a schematic diagram of a high power, high brightness solid state laser assembly 500 for delivering a high quality blue laser beam 550 for an extended period of time without substantial degradation of laser beam properties. The assembly includes; a housing 526 defining an interior cavity 534, the interior cavity being isolated from the environment 535 outside the housing 526; and a plurality of facets, e.g. along 550 a plurality of laser beams, for example a plurality of diode laser devices 501a, 501b, 501c, 501d, 501e for propagating beams 550, the laser beams having wavelengths in the range of 400 nm to 500 nm; a plurality of diode laser devices, each laser beam having a power density of at least about 0.5 MW/cm 2 at each facet; and an optical assembly 502 in optical communication with each of the diode laser devices and in the laser beam path. has collimating optics, such as collimating optics 560, and beam combining optics 565; combines a plurality of diode laser beams to provide a combined laser beam 552 along combined laser beam path 552a. , an optical assembly 502; a plurality of diode laser devices and optical assemblies disposed within an internal cavity 534 within a housing 526, thereby isolating the plurality of diode laser devices and optical assemblies from an external environment 535; The housing has a housing propagation surface 525 by which the combined laser beam is transmitted from the housing 526 to the external environment 535 along a combined laser beam path 552a; and on the combined laser beam path 552a; the combined laser beam 552 exiting the housing propagation surface 525 is characterized by beam characteristics that are: (i) a power of at least 100 W; the internal cavity 534 is free of silicon-based contaminant sources so that no SiO2 is generated within the internal cavity during operation of the multiple diode laser device; 2 remains free of deposits; whereby the degradation rate of the coupled beam properties is less than 2.3%/khrs.

例18 Example 18

例17及び他の例のレーザーアセンブリの実施形態においては、ビーム特性はさらに、約15nm以下のバンド幅を有し;ハウジング伝播面は、ウィンドウとファイバーの面とからなる群から選択され;BPPは約15mm mrad未満であり;伝播面での出力密度は約0.5MW/cmから約1,000MW/cmである。 In the laser assembly embodiments of Example 17 and other examples, the beam characteristic further has a bandwidth of about 15 nm or less; the housing propagation surface is selected from the group consisting of a window and a fiber surface; less than about 15 mm mrad; and power density at the propagating plane of from about 0.5 MW/cm 2 to about 1,000 MW/cm 2 .

例19 Example 19

例17及び他の例のレーザーアセンブリの実施形態においては、ビーム特性はさらに、約15nm以下のバンド幅を有し;結合レーザービームの出力は少なくとも約500Wであり;ハウジング伝播面はウィンドウとファイバーの面とからなる群から選択され;BPPは約30mm mrad未満であり;伝播面での出力密度は約0.5MW/cmから約1,000MW/cmである。 In the laser assembly embodiments of Example 17 and other examples, the beam characteristics further have a bandwidth of about 15 nm or less; the power of the combined laser beam is at least about 500 W; BPP is less than about 30 mm mrad; and power density at the propagating plane is from about 0.5 MW/cm 2 to about 1,000 MW/cm 2 .

例20 example 20

図6には、高品質青色レーザービーム650をレーザービーム特性の実質的な劣化無しで長時間に亘ってレーザービーム経路650aに沿って提供するための、高出力で高輝度な固体レーザーアセンブリ600の概略図が示されており、このアセンブリは:内部空洞634を画定するハウジング626であって;内部空洞634が隔離された環境を画定する、ハウジングと;複数の光学的に活性な表面、例えば、面604a、面604b、面604c、面604d、面604eであって、青色レーザービームが、光学的に活性な表面から伝播され、その中に透過し、又はそれによって反射する、複数の光学的に活性な表面と;を備え、複数の光学的に活性な表面は、ハウジングの内部空洞634の隔離された環境内に配置され;光学的に活性な表面の少なくとも一つが固体レーザーデバイス601上に配置されており;レーザービームは、1つ以上の光学的に活性な表面、例えば、面604a、面604b、面604c、面604d、面604eにおいて、少なくとも約0.5MW/cmの出力密度を有し;内部空洞634にはシリコンベースの汚染物質源がなく、それによって固体レーザーデバイスの動作中にSiOが内部空洞内で生成されず;内部空洞634は酸素を含む気体を有し;それによって固体レーザーデバイスの動作中にCOが内部空洞内で炭素ベースの汚染物質から生成され;それによって複数の光学的に活性な表面は炭素及びSiOの堆積物がないままとなり;それによって青色レーザービームの出力の劣化速度が2.3%/khrs未満である。 FIG. 6 illustrates a high power, high brightness solid state laser assembly 600 for providing a high quality blue laser beam 650 along a laser beam path 650a for an extended period of time without substantial degradation of laser beam properties. Schematically shown, the assembly includes: a housing 626 defining an interior cavity 634; the housing, wherein the interior cavity 634 defines an isolated environment; and a plurality of optically active surfaces, such as: Surface 604a, Surface 604b, Surface 604c, Surface 604d, Surface 604e wherein a blue laser beam propagates from, is transmitted into, or is reflected by an optically active surface. a plurality of optically active surfaces disposed within the isolated environment of the housing interior cavity 634; and at least one of the optically active surfaces disposed on the solid state laser device 601. the laser beam has a power density of at least about 0.5 MW/cm 2 at one or more optically active surfaces, e.g. the internal cavity 634 is free of silicon-based contaminant sources, so that no SiO2 is generated within the internal cavity during operation of the solid-state laser device; the internal cavity 634 has an oxygen-containing gas; CO2 is produced from carbon-based contaminants within the internal cavity during operation of solid-state laser devices; thereby leaving multiple optically active surfaces free of carbon and SiO2 deposits; The power of the beam has a degradation rate of less than 2.3%/khrs.

光学的に活性な表面604eは、レーザービーム650をハウジングの外へ及び外部環境635の中へ伝送するためのウィンドウである。 Optically active surface 604 e is a window for transmitting laser beam 650 out of the housing and into external environment 635 .

例21 example 21

図6のレーザーアセンブリ600及び図5のレーザーアセンブリ500では、固体レーザーは緑色波長領域の波長を有するレーザービームを生成する。 In laser assembly 600 of FIG. 6 and laser assembly 500 of FIG. 5, the solid-state laser produces a laser beam having a wavelength in the green wavelength region.

例21A Example 21A

例22の緑色固体レーザーは、ニオブ酸リチウム結晶で2倍化されたIRレーザーシステムである。そのシステムは、レーザーダイオード、外部空洞、及び外部空洞の焦点位置にニオブ酸リチウム結晶を有し、それらの全てがハウジング内に包含されている。 The green solid-state laser of Example 22 is an IR laser system doubled with a lithium niobate crystal. The system has a laser diode, an external cavity, and a lithium niobate crystal at the focal point of the external cavity, all contained within a housing.

例22 Example 22

例2-21、21Aのレーザーシステム及びアセンブリでは、レーザービームは、約5nm、約10nm、約20nm、約10nmから約30nm、約5nmから約40nm、約20nm以下、約30nm以下、約15nm以下、約10nm以下のバンド幅を有する。 In the laser systems and assemblies of Examples 2-21, 21A, the laser beam is about 5 nm, about 10 nm, about 20 nm, about 10 nm to about 30 nm, about 5 nm to about 40 nm, about 20 nm or less, about 30 nm or less, about 15 nm or less, It has a bandwidth of about 10 nm or less.

例23 example 23

例2-22のレーザーシステム及びアセンブリでは、ビームがハウジングを出て外部環境へと伝播する点の又はその近くのレーザービームが、約100Wから約100,000W、約100Wから約40,000W、約100Wから約1,000W、約200W、約250W、約500W、約1,000W、約10,000W、少なくとも約100W、少なくとも約200W、少なくとも約500W、及び少なくとも約1,000Wの出力を有する。 In the laser systems and assemblies of Examples 2-22, the laser beam at or near the point where the beam exits the housing and propagates into the external environment has a power of about 100 W to about 100,000 W, about 100 W to about 40,000 W, about It has a power output of 100 W to about 1,000 W, about 200 W, about 250 W, about 500 W, about 1,000 W, about 10,000 W, at least about 100 W, at least about 200 W, at least about 500 W, and at least about 1,000 W.

例24 example 24

例2-23のレーザーシステム及びアセンブリでは、レーザービームは、約10mm mradから約50mm mrad、約40mm mrad未満、約30mm mrad未満、約20mm mrad未満、約15mm mrad未満、約10mm mrad未満のBPPを有する。 In the laser systems and assemblies of Examples 2-23, the laser beam has a BPP of about 10 mm mrad to about 50 mm mrad, less than about 40 mm mrad, less than about 30 mm mrad, less than about 20 mm mrad, less than about 15 mm mrad, less than about 10 mm mrad. have.

例25 example 25

例2-23のレーザーシステム及びアセンブリでは、除去されて最小化された潜在的なシリコンベースの汚染物質源は、シロキサン、重合シロキサン、直鎖状シロキサン、環状シロキサン、シクロメチコン、ポリシロキサン、並びにこれらの1つ以上の組合せ及び変形形態である。 In the laser systems and assemblies of Examples 2-23, the potential sources of silicon-based contaminants that were eliminated and minimized were siloxanes, polymerized siloxanes, linear siloxanes, cyclic siloxanes, cyclomethicone, polysiloxanes, and are one or more combinations and variations of

例26 Example 26

例2-25のレーザーシステム及びアセンブリでは、内部空洞内の酸素の存在によって軽減される炭素ベースの汚染物質源は、溶媒残留物、オイル、指紋、炭化水素の他源、並びにこれらの1つ以上の組合せ及び変形形態である。 In the laser systems and assemblies of Examples 2-25, the sources of carbon-based contaminants mitigated by the presence of oxygen within the internal cavity are solvent residues, oils, fingerprints, other sources of hydrocarbons, and one or more of these. are combinations and variations of

例27 Example 27

固定の高輝度な青色レーザーの実施形態が、表1に示されている。この表は、二次元のスペクトルでのビーム結合形態で2.5ワットのレーザーダイオードで達成することができる出力、輝度、及び性能を示している。この表は、ビルディングブロック350ワットモジュールに基づくレーザーシステムの出力及び輝度が、ファイバー結合器を使用してどのようにマルチ・kW出力レベルにまで上がってプロセスファイバーへと出射されるかを例示している。 A fixed high brightness blue laser embodiment is shown in Table 1. This table shows the power, brightness, and performance that can be achieved with a 2.5 Watt laser diode in a two-dimensional spectral beam-combining configuration. This table illustrates how the power and intensity of a laser system based on the building block 350 Watt module is scaled up to multi-kW power levels using a fiber coupler and launched into a process fiber. there is

表1

Figure 2023513104000002
Table 1
Figure 2023513104000002

表1のビームを提供するシステムは、約5%/khrsから約1.5%/khrs以下、2.5%/khrs以下、2.0%/khrs以下、1.8%/khrs以下、1.0%以下、及びより小さな値である表1の両ビーム特性の劣化速度を有する。表1(両ビーム特性)を提供するシステムは、少なくとも約5,000時間から約100,000時間、少なくとも約5,000時間、少なくとも約10,000時間、少なくとも約20,000時間、少なくとも約40,000時間、約10,000時間から約50,000時間の寿命、及びより長い寿命を有する。 Systems providing the beams of Table 1 are about 5%/khrs to about 1.5%/khrs or less, 2.5%/khrs or less, 2.0%/khrs or less, 1.8%/khrs or less, 1 It has degradation rates for both beam properties in Table 1 that are less than 0.0% and smaller values. Systems that provide Table 1 (both beam characteristics) have been used for at least about 5,000 hours to about 100,000 hours, at least about 5,000 hours, at least about 10,000 hours, at least about 20,000 hours, at least about 40 hours. ,000 hours, about 10,000 hours to about 50,000 hours, and longer.

例28 Example 28

例27と同じモジュールは、輝度は保護するがモジュールの交換を僅かに複雑にする自由空間内で結合されるようにもできる。自由空間結合を使用して実現することができる出力及びビームパラメータ積が表2に示されている。 The same modules as in example 27 can also be combined in free space which preserves brightness but slightly complicates module replacement. The power and beam parameter products that can be achieved using free-space coupling are shown in Table 2.

表2

Figure 2023513104000003
Table 2
Figure 2023513104000003

表2のビームを提供するシステムは、約5%から約15%/khrs以下、2.5%/khrs以下、2.0%/khrs以下、1.8%/khrs以下、1.0%/khrs以下、及びより小さい値である、表2の両ビーム特性の劣化速度を有する。表2(両ビーム特性)のビームを提供するシステムは、少なくとも約5,000時間から約100,000時間、少なくとも約5,000時間、少なくとも約10,000時間、少なくとも約20,000時間、少なくとも約40,000時間約10,000時間から約50,000時間の寿命、及びより長い寿命を有する。 Systems providing the beams of Table 2 are about 5% to about 15%/khrs or less, 2.5%/khrs or less, 2.0%/khrs or less, 1.8%/khrs or less, 1.0%/khrs or less. with degradation rates for both beam properties in Table 2 below and below khrs, and smaller values. A system that provides the beams of Table 2 (both beam characteristics) may be used for at least about 5,000 hours to about 100,000 hours, at least about 5,000 hours, at least about 10,000 hours, at least about 20,000 hours, at least It has a life of about 40,000 hours, about 10,000 hours to about 50,000 hours, and longer life.

例29 Example 29

各デバイスが約6.5ワットであるより高出力の青色レーザーダイオードを使用したシステムのための固体の高輝度青色レーザーの実施形態が、表3に示されている。ベースモジュールは約900ワットであり、これらのモジュールは、表3に示すように、ファイバー結合器を使用して結合されて高出力で高輝度な青色レーザーダイオードシステムを構築する。 An embodiment of a solid state high brightness blue laser for a system using higher power blue laser diodes with each device being about 6.5 watts is shown in Table 3. The base module is approximately 900 watts and these modules are combined using fiber couplers to build a high power, high brightness blue laser diode system as shown in Table 3.

表3

Figure 2023513104000004
Table 3
Figure 2023513104000004

表3のビームを提供するシステムは、約5%から約1.5%/khrs以下、2.5%/khrs以下、2.0%/khrs以下、1.8%/khrs以下、1.0%/khrs以下、及びより小さい値である両ビーム特性の劣化速度を有する。表3(両特性)のビームを提供するシステムは、少なくとも約5,000時間から約100,000時間、少なくとも約5,000時間、少なくとも約10,000時間、少なくとも約20,000時間、少なくとも約40,000時間、約10,000時間から約50,000時間の寿命、及びより長い寿命を有する。 Systems that provide the beams of Table 3 are about 5% to about 1.5%/khrs or less, 2.5%/khrs or less, 2.0%/khrs or less, 1.8%/khrs or less, 1.0 %/khrs, and have degradation rates of both beam properties that are lesser. Systems that provide beams of Table 3 (both characteristics) have been used for at least about 5,000 hours to about 100,000 hours, at least about 5,000 hours, at least about 10,000 hours, at least about 20,000 hours, at least about 40,000 hours, about 10,000 hours to about 50,000 hours life, and longer life.

例30 example 30

図7は、レーザー出力対動作時間のグラフである。青色レーザーダイオードアセンブリが、劣化速度(プロット線701)が遅い動作プロファイルを提供することが分かる。劣化速度は、200時間あたりから550時間あたりに平らな部分702を有する。約800時間後、劣化速度は約0.7%/khrsである。800から1、600時間の時間703の間に示されるこの劣化速度は、システムの寿命の残りの間、同じに維持される(すなわち、プロット線の傾きが大きくは変化しない)。 FIG. 7 is a graph of laser power versus operating time. It can be seen that the blue laser diode assembly provides an operating profile with a slow degradation rate (plot line 701). The degradation rate has a plateau 702 around 200 to 550 hours. After about 800 hours, the degradation rate is about 0.7%/khrs. This degradation rate, shown between time 703 of 800 and 1,600 hours, remains the same (ie, the slope of the plot line does not change significantly) for the remainder of the system's lifetime.

例31 Example 31

図8は、レーザー出力対動作時間のグラフである。青色レーザーダイオードアセンブリが、劣化速度(プロット線801)が遅い動作プロファイルを提供することが分かる。劣化速度は、150時間あたりから800時間あたりに平らな部分を有する。約800時間後、劣化速度は約0.7%/khrsである。800から1、600時間の時間の間に示されるこの劣化速度は、システムの寿命の残りの間、同じに維持される(すなわち、プロット線の傾きが大きくは変化しない)。 FIG. 8 is a graph of laser power versus operating time. It can be seen that the blue laser diode assembly provides an operating profile with a slow degradation rate (plot line 801). The degradation rate has a plateau from around 150 hours to around 800 hours. After about 800 hours, the degradation rate is about 0.7%/khrs. This degradation rate, shown between times of 800 and 1,600 hours, remains the same (ie, the slope of the plot line does not change significantly) for the remainder of the system's lifetime.

例32 example 32

図12は、TO-9Can、すなわちパッケージされたレーザーダイオードの一例である。レーザーダイオードのパッケージングにおいて、シリコンベースの汚染物質の量は低減され、パッケージは酸素に富んだ雰囲気で満たされる。TO-9Can1200は、ヒートシンク1204を備えるハウジング1205を形成するステンレス鋼の壁1201を有する。TO-9Canは、レーザーダイオード1203及びウィンドウ1206を有する。ハウジング1205は、酸素に富んだ雰囲気で満たされ、例えばそれを包含している。 FIG. 12 is an example of a TO-9Can, a packaged laser diode. In packaging laser diodes, the amount of silicon-based contaminants is reduced and the package is filled with an oxygen-rich atmosphere. The TO-9Can 1200 has stainless steel walls 1201 forming a housing 1205 with a heat sink 1204 . TO-9Can has laser diode 1203 and window 1206 . Housing 1205 is filled with, eg, contains, an oxygen-rich atmosphere.

例33 example 33

図13及び14は、複数のTO-9パッケージを各個別のTO-9パッケージを保持することができる適切に機械加工されたヒートシンクの中に実装することによって、標準的なTO-9のレーザーダイオードパッケージ1200がマルチ・レーザーパッケージ1250及び1250aの中にどのようにして配置されるかを示している。TO-9パッケージ内に実装されたレーザーダイオードは、最小限のシリコン汚染物質と炭素汚染物質(最小限にすることができる)を有する状態で密封されなければならならず、またそれらは酸素雰囲気によって軽減され、管理される。レーザーダイオードアセンブリが適切に洗浄されると、パッケージ1200は、パッケージの内側に酸素に富んだ環境を有して密封される。各パッケージは信頼性のある動作を確保するために個別に密封される。 Figures 13 and 14 show a standard TO-9 laser diode by mounting multiple TO-9 packages into a suitably machined heat sink capable of holding each individual TO-9 package. It shows how package 1200 is placed into multi-laser packages 1250 and 1250a. Laser diodes mounted in TO-9 packages must be hermetically sealed with minimal silicon and carbon contaminants (which can be minimized), and they must be protected by an oxygen atmosphere. mitigated and managed. Once the laser diode assembly has been properly cleaned, the package 1200 is sealed with an oxygen-rich environment inside the package. Each package is individually sealed to ensure reliable operation.

例34 example 34

図15は、銅バー例えば1503上に実装されて垂直空間の放出源を生成する20個の個別のレーザーダイオード例えば1502を備えた、マルチ・ダイのレーザーダイオードパッケージ1501を示している。ダイオードのそれぞれは、銅バー上に精密に実装され、各バーはバックプレーンヒートシンク1504に精密に実装されている。ダイオードを後方反射から保護するために、またパッケージ及びウィンドウ1506内での迷光又は散乱光を最小限にするために、メタルマスク1505が加えられる。パッケージは、シリコン汚染物質の全ソースを除去し、また好ましくは炭素汚染物質源も除去及び低減するために、洗浄される。パッケージが密封されると、パッケージは、酸素に富んだ環境で満たされて、遊離炭素をレーザーダイオードにとって無害であり且つ青色光によって解離できないCOに変換するための手段を提供する。このアセンブリは、5,000時間より大きい寿命、及び10,000時間より大きい寿命を有することができる。 FIG. 15 shows a multi-die laser diode package 1501 with 20 individual laser diodes eg 1502 mounted on a copper bar eg 1503 to produce a vertical spatial emission source. Each of the diodes is precision mounted on a copper bar and each bar is precision mounted to the backplane heatsink 1504 . A metal mask 1505 is added to protect the diode from back reflections and to minimize stray or scattered light within the package and window 1506 . The package is cleaned to remove all sources of silicon contaminants and preferably also to remove and reduce carbon contaminant sources. Once the package is sealed, it is filled with an oxygen-rich environment to provide a means for converting free carbon to CO2 , which is harmless to the laser diode and cannot be dissociated by blue light. The assembly can have a life of greater than 5,000 hours and a life of greater than 10,000 hours.

例35 example 35

図16は、バックプレーンヒートシンク1694上に実装された20個の個別のレーザーダイオード例えば1607を備えた、マルチ・ダイのレーザーダイオードパッケージ1600を示している。パッケージ1600は、反射鏡例えば1606とウィンドウ1602とを有し、レーザービーム経路、例えば1605に沿って進むレーザービームがそれらを通って進む。パッケージは、全てのシリコン汚染物質源を除去し、また好ましくは炭素汚染物質源も除去及び低減するために、洗浄される。パッケージが密封されると、パッケージは、酸素に富んだ環境で満たされて、遊離炭素をレーザーダイオードにとって無害であり且つ青色光によって解離できないCOに変換するための手段を提供する。このアセンブリは、5,000時間より大きい寿命、及び10,000時間より大きい寿命を有することができる。 FIG. 16 shows a multi-die laser diode package 1600 with twenty individual laser diodes, eg 1607, mounted on a backplane heatsink 1694. FIG. Package 1600 has a reflector, eg, 1606, and a window 1602, through which a laser beam traveling along a laser beam path, eg, 1605 travels. The package is cleaned to remove all silicon contaminant sources and preferably also to remove and reduce carbon contaminant sources. Once the package is sealed, it is filled with an oxygen-rich environment to provide a means for converting free carbon to CO2 , which is harmless to the laser diode and cannot be dissociated by blue light. The assembly can have a life of greater than 5,000 hours and a life of greater than 10,000 hours.

例36 example 36

図17は、図16に示したものと同様な方法及びアセンブリを示すが、このアセンブリ1700例えば1701は、各レーザーダイオード、例えば1707及び反射鏡、例えば1706を取り囲む個別の密封パッケージを有する。パッケージは、ウィンドウ、例えば1702を有し、レーザービームはそれを通ってレーザービーム経路、例えば1705に沿って進む。個別の密封パッケージ、例えば1701、及びレーザーダイオード、例えば1707は、ヒートシンク、例えば1704上に実装されている。各レーザーダイオードパッケージを取り囲む体積が小さいほど、より簡単に洗浄でき、シリコン汚染物質の可能性を低減し、また好ましくは炭素汚染物質源を除去及び低減して、より複雑なアセンブリの洗浄が必要になるのを避けることができる。レーザーダイオード及び反射鏡は、シリコン汚染物質を最小限にし、好ましくは炭素汚染物質源も除去及び低減するために、密封の前に洗浄されなければならない。各パッケージ、例えば1701は、酸素に富んだ環境で密封されて、残余の炭素をレーザーダイオードにとって無害であるCOに変換する。このプロセスは、レーザーダイオードに長寿命をもたらす。このアセンブリは、寿命5,000時間より大きな寿命、及び10,000時間より大きな寿命を有することができる。 FIG. 17 shows a similar method and assembly to that shown in FIG. The package has a window, eg 1702 , through which the laser beam travels along a laser beam path, eg 1705 . A separate hermetic package, eg 1701, and a laser diode, eg 1707, are mounted on a heat sink, eg 1704. FIG. The smaller volume surrounding each laser diode package is easier to clean, reduces the potential for silicon contaminants, and preferably eliminates and reduces carbon contaminant sources, requiring more complex assembly cleaning. can avoid becoming The laser diode and reflector should be cleaned prior to sealing to minimize silicon contaminants and preferably also remove and reduce carbon contaminant sources. Each package, eg 1701, is sealed in an oxygen-rich environment to convert residual carbon to CO2 , which is harmless to the laser diode. This process results in long life for laser diodes. This assembly can have a lifetime greater than 5,000 hours and a lifetime greater than 10,000 hours.

本発明の実施形態の主題であるか又はそれに関連する新規で革新的な、プロセス、材料、性能、他の長所、及び特性の根底にある理論を提供したり又はそれに取り組んだりする必要はないことに留意されたい。それにもかかわらず、本明細書には、この重要な分野、特にレーザー、レーザー加工、及びレーザー応用の重要な分野の技術をさらにすすめるために様々な理論が提供されている。本明細書で出されたこれらの理論は、明示的に記載されていなければ、請求項に記載された発明に与えられる保護範囲を全く限定も制限も狭めることもしない。これらの理論は、本発明を利用するために必要とされず又は実行されないかもしれない。本発明は、本発明の方法、物品、材料、デバイス、及びシステムの実施形態の動作、機能、及び特徴を説明するために新規でこれまで知られていない理論を導いており、後に開発されるそのような理論は本発明に与えられる保護範囲を制限しないことを理解されたい。 It is not necessary to provide or address the theory underlying new and innovative processes, materials, performance, other advantages and properties that are the subject of or related to embodiments of the present invention Please note. Nonetheless, various theories are provided herein to further advance the technology in this important area, particularly the important areas of lasers, laser processing, and laser applications. These theories put forth herein in no way limit, limit or narrow the scope of protection conferred on the claimed invention unless expressly stated otherwise. These theories may not be required or practiced to utilize the present invention. The present invention derives new and heretofore unknown theories to explain the operation, function, and features of the embodiments of the methods, articles, materials, devices, and systems of the present invention, and later developed. It should be understood that such theory does not limit the scope of protection given to this invention.

本明細書に記載のレーザー、ダイオード、アレイ、モジュール、アセンブリ、活動、及び動作の様々な実施形態は、上記の分野及び様々な他の分野において使用することができる。加えて、これらの実施形態は、例えば、以下のものとともに使用することができる:既存のレーザー、アディティブマニュファクチャリングシステム、動作、及び活動、並びに他の既存装置;将来のレーザー、アディティブマニュファクチャリングシステム、動作、及び活動;本明細書の教示に部分的に基づいて改良されたようなアイテム。また、本明細書に記載された様々な実施形態は、相互に異なる様々な組み合わせで使用し得る。例えば、本明細書の様々な実施形態に提供されている構成は、相互に使用し得る。例えば、A、A’及びBを有する実施形態のコンポーネントとA”、C及びDを有する実施形態のコンポーネントは、本明細書の教示に従って、様々な組み合わせ、例えば、A、C、D、及びAや、A”C及びDなど、とすることができる。よって、本発明に与えられる保護範囲は、特定の実施形態、例、又は特定の図の実施形態に記載された、特定の実施形態、構成、又は配置に限定されるべきではない。 The various embodiments of lasers, diodes, arrays, modules, assemblies, activities and operations described herein can be used in the above fields and various other fields. Additionally, these embodiments can be used with, for example, existing lasers, additive manufacturing systems, operations and activities, and other existing equipment; future lasers, additive manufacturing. Systems, operations, and activities; items as modified in part based on the teachings herein. Also, the various embodiments described herein may be used in various different combinations with each other. For example, configurations provided in various embodiments herein may be used with each other. For example, the components of embodiments having A, A′ and B and the components of embodiments having A″, C and D can be combined in various combinations in accordance with the teachings herein, eg, A, C, D, and A , A″C and D, and so on. Therefore, the scope of protection given to the present invention should not be limited to the particular embodiments, configurations, or arrangements described in the particular embodiments, examples, or embodiments in the particular drawings.

本発明は、その精神または本質的な特徴から逸脱することなく、本明細書で具体的に開示されたもの以外の形態で具体化することができる。説明された実施形態は、あらゆる点で、例示的であり、限定的ではないと考えられるべきである。

The present invention may be embodied in forms other than those specifically disclosed herein without departing from the spirit or essential characteristics thereof. The described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive.

Claims (57)

レーザービームを提供するための個別のレーザーダイオードをパッケージングする密封容器であって、内部空洞と内側表面を画定し、前記内側表面にはシリコン汚染物質がなく、それによって前記レーザーダイオードの動作中にSiOが形成されず、前記内部空洞が、前記内側表面上に炭素汚染物質が形成されるのを防止するための手段を包含する、密封容器。 A hermetic container for packaging an individual laser diode for providing a laser beam, the sealed container defining an internal cavity and an inner surface, said inner surface being free of silicon contaminants, whereby said laser diode is free during operation. A sealed container wherein no SiO2 is formed and said internal cavity includes means for preventing the formation of carbon contaminants on said inner surface. レーザービームを提供するための複数の個別のレーザーダイオードをパッケージングする密封容器であって、内部空洞と内側表面を画定し、前記内側表面にはシリコン汚染物質が実質的になく、それによって前記レーザーダイオードの動作中にSiOが形成されず、前記内部空洞が、前記内側表面上に炭素汚染物質が形成されるのを防止するための手段を包含する、密封容器。 A hermetic container for packaging a plurality of individual laser diodes for providing a laser beam, the sealed container defining an internal cavity and an inner surface, said inner surface being substantially free of silicon contaminants, whereby said laser is A sealed container in which no SiO2 is formed during operation of the diode and wherein said internal cavity contains means for preventing carbon contaminants from forming on said inner surface. 前記レーザービームが青色レーザービームである、請求項1又は2に記載の密封容器。 3. The sealed container according to claim 1 or 2, wherein said laser beam is a blue laser beam. 前記レーザービームが緑色レーザービームである、請求項1又は2に記載の密封容器。 3. The sealed container according to claim 1 or 2, wherein said laser beam is a green laser beam. 前記レーザービームが、1Wから10,000Wの出力、約500Wの出力、又は約1,000Wの出力を有する、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の密封容器。 5. The sealed container of any one of claims 1-4, wherein the laser beam has a power of 1W to 10,000W, about 500W, or about 1,000W. 前記レーザービームが、50mm mradから10mm mrad、20mm mradから1mm mrad、又は10mm mradから0.1mm mradのBPPを有する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の密封容器。 6. The sealed container of any one of claims 1-5, wherein the laser beam has a BPP of 50 mm mrad to 10 mm mrad, 20 mm mrad to 1 mm mrad, or 10 mm mrad to 0.1 mm mrad. 前記レーザービームが、0.5MW/cmから1,000MW/cm、少なくとも約1MW/cm、少なくとも約5MW/cm、又は少なくとも約10MW/cmの出力密度を有する、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の密封容器。 2. The laser beam of claim 1, wherein the laser beam has a power density of 0.5 MW/ cm2 to 1,000 MW/ cm2 , at least about 1 MW/ cm2 , at least about 5 MW/ cm2 , or at least about 10 MW/ cm2 . 7. The sealed container according to any one of 6. 前記内側表面上に炭素汚染物質が形成されるのを防止するための前記手段が、酸素含有雰囲気である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の密封容器。 7. A sealed container according to any preceding claim, wherein said means for preventing the formation of carbon contaminants on said inner surface is an oxygen-containing atmosphere. 前記酸素含有雰囲気が、少なくとも1%、少なくとも10%、少なくとも20%、少なくとも50%、又は5%から80%の酸素濃度を有する、請求項8に記載の密封容器。 9. The sealed container of Claim 8, wherein the oxygen-containing atmosphere has an oxygen concentration of at least 1%, at least 10%, at least 20%, at least 50%, or from 5% to 80%. 前記酸素含有雰囲気が、前記密封容器内に流入し且つ前記密封容器から流出している、請求項8又は9に記載の密封容器。 10. The sealed container according to claim 8 or 9, wherein the oxygen-containing atmosphere flows into and out of the sealed container. 前記内側表面上に炭素汚染物質が形成されるのを防止するための前記手段が、前記内側表面が炭素汚染物質を有さないことである、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の密封容器。 7. Any one of claims 1 to 6, wherein the means for preventing the formation of carbon contaminants on the inner surface is that the inner surface is free of carbon contaminants. sealed container. 前記密封容器が、少なくとも5,000時間の80%レーザー寿命を有する、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の密封容器。 12. The sealed container of any one of claims 1-11, wherein the sealed container has an 80% laser life of at least 5,000 hours. 前記密封容器が、少なくとも10,000時間の80%レーザー寿命を有する、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の密封容器。 12. The sealed container of any one of claims 1-11, wherein the sealed container has an 80% laser lifetime of at least 10,000 hours. 前記密封容器が、5,000時間から10,000時間の80%レーザー寿命を有する、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の密封容器。 12. The sealed container of any one of claims 1-11, wherein the sealed container has an 80% laser lifetime of 5,000 hours to 10,000 hours. 前記劣化速度が、2.5%/khrs以下である、請求項1乃至14のいずれか一項に記載の密封容器。 15. The sealed container according to any one of claims 1 to 14, wherein said deterioration rate is 2.5%/khrs or less. 前記劣化速度が、2.0%/khrs以下である、請求項1乃至14のいずれか一項に記載の密封容器。 15. The sealed container according to any one of claims 1 to 14, wherein said deterioration rate is 2.0%/khrs or less. 前記劣化速度が、1.5%/khrs以下である、請求項1乃至14のいずれか一項に記載の密封容器。 15. The sealed container according to any one of claims 1 to 14, wherein said deterioration rate is 1.5%/khrs or less. ヒートシンクを備え、前記ダイオード又は前記複数のダイオードが前記ヒートシンク上に実装され、それによってレーザーダイオードの2次元アレイが形成されるようにされた、請求項1乃至17のいずれか一項に記載の密封容器。 18. A hermetic seal according to any one of the preceding claims, comprising a heat sink, such that the diode or the plurality of diodes is mounted on the heat sink, thereby forming a two-dimensional array of laser diodes. container. バックプレーンを備え、前記ダイオード又は前記複数のダイオードが前記バックプレーン上に実装されている、請求項1乃至17のいずれか一項に記載の密封容器。 18. A sealed container according to any one of the preceding claims, comprising a backplane, the diode or the plurality of diodes being mounted on the backplane. 前記レーザービームを操作するための光学系を備える、請求項1乃至19のいずれか一項に記載の密封容器。 20. A sealed container according to any preceding claim, comprising an optical system for manipulating the laser beam. 前記容器が、TO-9Canであるか又はTO-9Canを備える、請求項1乃至20のいずれか一項に記載の密封容器。 A sealed container according to any preceding claim, wherein the container is or comprises TO-9Can. 高品質な青色レーザービームを長時間に亘って前記レーザービームの特性の実質的な劣化なしで提供するレーザーシステムに統合するための、高出力で高輝度な固体レーザーデバイスパッケージであって、
a.内部空洞を画定するハウジングであって、前記内部空洞が前記ハウジングの外側にある環境から隔離されており、
b.前記内部空洞の一部を画定するウィンドウを有する、ハウジングと、
c.固体デバイスであって、レーザービームを前記固体デバイスの伝播面からレーザービーム経路に沿って伝播させるようにされ、前記レーザービームが410nmから500nmの範囲の波長を有し、前記レーザービームが前記伝播面において少なくとも約0.5MW/cmの出力密度を有する、固体デバイスと、を備え、
d.前記ウィンドウは、前記固体デバイスと光学的に連通し、且つ前記レーザービーム経路上にあり、
e.前記固体デバイスは、前記ハウジング内で前記内部空洞内に配置され、前記ウィンドウの内面は前記外部環境に露出しておらず、それによって前記固体デバイス及び前記ウィンドウの前記内面は前記外部環境から隔離されており、
f.前記レーザービームは、前記レーザービーム経路に沿って、前記伝播面から前記ウィンドウを通って前記外部環境ヘと伝送され、
g.前記内部空洞にはシリコンベースの汚染物質源がなく、それによって前記固体デバイスの動作中に前記内部空洞内でのSiOの生成が回避され、それによって前記内部空洞がSiOの堆積を回避し、それによって前記ビームの特性の前記劣化速度が2.3%/khrs以下であり、
h.前記内部空洞は、少なくとも1%の酸素を含む気体を有し、それにより前記固体デバイスの動作中に前記内部空洞内で炭素ベースの汚染物質からCOが生成されて、前記固体デバイスの伝播面及び前記ウィンドウの内面に炭素の堆積がないままとなるようにされた、パッケージ。
A high power, high brightness solid-state laser device package for integration into a laser system that provides a high quality blue laser beam for an extended period of time without substantial degradation of the laser beam properties, comprising:
a. a housing defining an internal cavity, the internal cavity being isolated from the environment outside the housing;
b. a housing having a window defining a portion of the internal cavity;
c. A solid-state device adapted to propagate a laser beam from a propagation surface of said solid-state device along a laser beam path, said laser beam having a wavelength in the range of 410 nm to 500 nm, said laser beam a solid-state device having a power density of at least about 0.5 MW/cm 2 at
d. the window is in optical communication with the solid state device and in the laser beam path;
e. The solid-state device is disposed within the internal cavity within the housing and the inner surface of the window is not exposed to the external environment, thereby isolating the solid-state device and the inner surface of the window from the external environment. and
f. the laser beam is transmitted along the laser beam path from the propagation surface through the window to the external environment;
g. The internal cavity is free of silicon-based contaminant sources, thereby avoiding the formation of SiO2 within the internal cavity during operation of the solid state device, thereby preventing the internal cavity from depositing SiO2 . , whereby the rate of deterioration of the properties of the beam is less than or equal to 2.3%/khrs;
h. The internal cavity has a gas containing at least 1% oxygen, whereby CO2 is produced from carbon-based contaminants within the internal cavity during operation of the solid-state device to provide a propagating surface of the solid-state device. and wherein the inner surface of said window remains free of carbon deposits.
前記密封容器が少なくとも5,000時間の80%レーザー寿命を有する、請求項22に記載のパッケージ。 23. The package of claim 22, wherein said sealed container has an 80% laser life of at least 5,000 hours. 前記密封容器が少なくとも10,000時間の80%レーザー寿命を有する、請求項22に記載のパッケージ。 23. The package of claim 22, wherein said sealed container has an 80% laser life of at least 10,000 hours. 前記密封容器が5,000時間から10,000時間の80%レーザー寿命を有する、請求項22に記載のパッケージ。 23. The package of Claim 22, wherein the sealed container has an 80% laser life of 5,000 hours to 10,000 hours. 前記ダイオードレーザーがTO-9Canである、請求項22に記載のパッケージ。 23. The package of claim 22, wherein said diode laser is TO-9Can. 前記出力密度が少なくとも約10MW/cmであり、前記レーザービームが少なくとも約2Wの出力を有し、前記劣化速度が2.0%/khrs以下である、請求項22乃至26のいずれか一項に記載のパッケージ。 27. Any one of claims 22-26, wherein the power density is at least about 10 MW/ cm2 , the laser beam has a power of at least about 2 W, and the degradation rate is no greater than 2.0%/khrs. package as described. 前記出力密度が少なくとも約5MW/cmであり、前記レーザービームが少なくとも約1.5Wの出力を有し、前記劣化速度が1.8%/khrs以下である、請求項22乃至26のいずれか一項に記載のパッケージ。 27. Any of claims 22-26, wherein the power density is at least about 5 MW/ cm2 , the laser beam has a power of at least about 1.5 W, and the degradation rate is no greater than 1.8%/khrs. Package as described in paragraph 1. 前記出力密度が少なくとも約15MW/cmであり、前記レーザービームが少なくとも約5Wの出力を有し、前記劣化速度が2.3%/khrs以下である、請求項22乃至26のいずれか一項に記載のパッケージ。 27. Any one of claims 22-26, wherein the power density is at least about 15 MW/ cm2 , the laser beam has a power of at least about 5 W, and the degradation rate is no greater than 2.3%/khrs. package as described. 少なくとも10%の酸素を有する、請求項22乃至29のいずれか一項に記載のパッケージ。 30. The package of any one of claims 22-29, having at least 10% oxygen. 少なくとも40%の酸素を有する、請求項22乃至29のいずれか一項に記載のパッケージ。 30. The package of any one of claims 22-29, having at least 40% oxygen. 少なくとも60%の酸素を有する、請求項22乃至29のいずれか一項に記載のパッケージ。 30. The package of any one of claims 22-29, having at least 60% oxygen. 前記シリコンベースの汚染物質源が、シロキサン、重合シロキサン、直鎖状シロキサン、環状シロキサン、シクロメチコン、及びポリシロキサンからなる群から選択される、請求項1乃至32のいずれか一項に記載のパッケージ。 33. The package of any one of claims 1-32, wherein the silicon-based contaminant source is selected from the group consisting of siloxanes, polymeric siloxanes, linear siloxanes, cyclic siloxanes, cyclomethicones, and polysiloxanes. . 前記炭素ベースの汚染物質源が、溶媒残留物、オイル、指紋、及び炭化水素からなる群から選択される、請求項1乃至33のいずれか一項に記載のパッケージ又は密封容器。 34. The package or sealed container of any one of claims 1-33, wherein the carbon-based contaminant source is selected from the group consisting of solvent residues, oils, fingerprints, and hydrocarbons. 前記シリコン汚染物質が、前記パッケージ又は密封容器内で、0.01g未満、0.001g未満、0.0001g未満、0.00001g未満、又は0.000001g未満である、請求項1乃至34のいずれか一項に記載のパッケージ又は密封容器。 35. Any of claims 1-34, wherein the silicon contaminant is less than 0.01 g, less than 0.001 g, less than 0.0001 g, less than 0.00001 g, or less than 0.000001 g in the package or sealed container. A package or sealed container according to claim 1. 前記シリコン汚染物質が、前記パッケージ又は密封容器内で、0.01ppm未満のシリコン、0.001ppm未満のシリコン、0.0001ppm未満のシリコン、又は0.00001ppm未満のシリコンを有する、請求項1乃至35のいずれか一項に記載のパッケージ又は密封容器。 Claims 1-35, wherein the silicon contaminant has less than 0.01 ppm silicon, less than 0.001 ppm silicon, less than 0.0001 ppm silicon, or less than 0.00001 ppm silicon in the package or sealed container. A package or sealed container according to any one of the preceding claims. 前記出力密度が少なくとも約10MW/cmであり、前記レーザービームが少なくとも約2Wの出力を有し、前記劣化速度が2.0%/khrs以下である、請求項1乃至36のいずれか一項に記載のパッケージ又は密封容器。 37. Any one of claims 1-36, wherein the power density is at least about 10 MW/ cm2 , the laser beam has a power of at least about 2 W, and the degradation rate is no greater than 2.0%/khrs. The package or sealed container described in . 前記ビーム特性の前記劣化速度が2.0%/hkrs以下である、請求項1乃至37のいずれか一項に記載のパッケージ又は密封容器。 38. A package or sealed container according to any one of the preceding claims, wherein said deterioration rate of said beam properties is 2.0%/hkrs or less. 前記ビーム特性の前記劣化速度が1.8%/khrs以下である、請求項1乃至38のいずれか一項に記載のパッケージ又は密封容器。 39. A package or sealed container according to any one of the preceding claims, wherein said rate of deterioration of said beam properties is less than or equal to 1.8%/khrs. 前記アセンブリが、10,000時間以上の寿命を有することによって特徴付けられた、請求項1乃至39のいずれか一項に記載のパッケージ又は密封容器。 40. Package or sealed container according to any one of the preceding claims, characterized in that the assembly has a life span of 10,000 hours or more. 前記アセンブリが、30,000時間以上の寿命を有することによって特徴付けられた、請求項1乃至40のいずれか一項に記載のパッケージ又は密封容器。 41. Package or sealed container according to any one of the preceding claims, characterized in that the assembly has a life span of 30,000 hours or more. 前記アセンブリが、50,000時間以上の寿命を有することによって特徴付けられた、請求項1乃至41のいずれか一項に記載のパッケージ又は密封容器。 42. A package or sealed container according to any one of the preceding claims, characterized in that the assembly has a life span of 50,000 hours or more. 前記アセンブリが、70,000時間以上の寿命を有することによって特徴付けられた、請求項1乃至42のいずれか一項に記載のパッケージ又は密封容器。 43. A package or sealed container according to any one of the preceding claims, characterized in that the assembly has a life span of 70,000 hours or more. 定格出力及び定格BPPを画定するビーム特性を有するレーザービームを伝播させるために個別のレーザーダイオードをパッケージングしている密封容器を動作させる方法であって、前記密封容器は、ウィンドウを備え、内部空洞及び内側表面を画定しており、
当該方法は、
a.合計で少なくとも5,000時間を有する動作時間の間、前記レーザービームを前記レーザーダイオードのファセットから前記空洞を通り前記ウィンドウから出て前記密封容器から離れるように伝播させるようにすることを含み、
b.前記レーザーダイオードの伝播の間に前記空洞の前記内側表面上にSiOが形成されず、
c.前記レーザーダイオードの伝播の間に前記内部空洞内でCOが形成され、
d.前記動作時間の間に、前記レーザービームがその定格出力の少なくとも80%とその定格BPPの少なくとも80%を維持し、それによって前記レーザービームの特性が前記動作時間に亘って最小限に劣化するようにされた、方法。
A method of operating a sealed container packaging an individual laser diode for propagating a laser beam having beam characteristics defining a rated power and a rated BPP, said sealed container comprising a window and an internal cavity. and defining an inner surface,
The method is
a. allowing the laser beam to propagate from the facets of the laser diode, through the cavity, out the window, and away from the sealed container for an operating time totaling at least 5,000 hours;
b. no SiO2 is formed on the inner surface of the cavity during propagation of the laser diode;
c. CO2 is formed within the internal cavity during propagation of the laser diode;
d. such that the laser beam maintains at least 80% of its rated power and at least 80% of its rated BPP during the operating time, such that the properties of the laser beam degrade minimally over the operating time. Done, way.
定格出力及び定格BPPを画定するビーム特性を有する結合レーザービームを伝播させるために複数のレーザーダイオードをパッケージングしている密封容器を動作させる方法であって、前記密封容器は、ウィンドウを備え、内部空洞及び内側表面を画定しており、
当該方法は、
a.個別のレーザービームを前記レーザーダイオードのファセットから伝播させることと、前記空洞内で前記結合レーザービームを形成するように前記個別のレーザービームを結合することと、合計で少なくとも5、000時間を有する動作時間の間、前記結合レーザービームを前記ウィンドウの外に前記密封容器から離れるように向けるようにすることと、を含み、
b.前記レーザーダイオードの伝播の間に前記空洞の前記内側表面上にSiOが形成されず、
c.前記レーザーダイオードの伝播の間にCOが前記内部空洞内に形成され、
d.前記動作時間の間に、前記結合レーザービームがその定格出力の少なくとも80%とその定格BPPの少なくとも80%を維持し、それによって前記ビームの特性が前記動作時間に亘って最小限に劣化するようにされた、方法。
A method of operating a sealed container packaging a plurality of laser diodes for propagating a combined laser beam having beam characteristics defining a rated power and a rated BPP, said sealed container having a window and an interior defining a cavity and an inner surface;
The method is
a. Propagating individual laser beams from the facets of the laser diode and combining the individual laser beams to form the combined laser beams within the cavity have a total of at least 5,000 hours of operation. directing the combined laser beam out of the window and away from the sealed container for a period of time;
b. no SiO2 is formed on the inner surface of the cavity during propagation of the laser diode;
c. CO2 is formed within the internal cavity during propagation of the laser diode;
d. such that, during said operating time, said combined laser beam maintains at least 80% of its rated power and at least 80% of its rated BPP, such that said beam characteristics degrade minimally over said operating time. Done, way.
前記レーザービームが青色レーザービームである、請求項44又は45に記載の方法。 46. A method according to claim 44 or 45, wherein said laser beam is a blue laser beam. 前記レーザービームが緑色レーザービームである、請求項44又は45に記載の方法。 46. A method according to claim 44 or 45, wherein said laser beam is a green laser beam. 前記定格出力が、1Wから10,000、約500Wの出力、又は約1,000Wの出力である、請求項44乃至47のいずれか一項に記載の方法。 48. The method of any one of claims 44-47, wherein the rated power is between 1 W and 10,000, about 500 W power, or about 1,000 W power. 前記定格BPPが、50mm mradから10mm mrad、20mm mradから1mm mrad、又は10mm mradから0.1mm mradである、請求項44乃至48のいずれか一項に記載の方法。 49. The method of any one of claims 44-48, wherein the rated BPP is 50 mm mrad to 10 mm mrad, 20 mm mrad to 1 mm mrad, or 10 mm mrad to 0.1 mm mrad. 前記レーザービームが、前記ファセット、前記ウィンドウ、又はその両方で、0.5MW/cmから1,000MW/cm、少なくとも約1MW/cm、少なくとも約5MW/cm、又は少なくとも約10MW/cmの出力密度を有する、請求項44乃至49の何れか一項に記載の方法。 the laser beam is 0.5 MW/cm 2 to 1,000 MW/cm 2 , at least about 1 MW/cm 2 , at least about 5 MW/cm 2 , or at least about 10 MW/cm at the facet, the window, or both; 50. A method according to any one of claims 44 to 49, having a power density of 2 . 前記内部空洞が気体酸素を含む、請求項44乃至50のいずれか一項に記載の方法。 51. The method of any one of claims 44-50, wherein the internal cavity comprises gaseous oxygen. 前記内部空洞が少なくとも1%の酸素を含む雰囲気を有する、請求項44乃至51のいずれか一項に記載の方法。 52. The method of any one of claims 44-51, wherein the internal cavity has an atmosphere comprising at least 1% oxygen. 前記動作時間が合計で少なくとも7,500時間を有する、請求項44乃至52のいずれか一項に記載の方法。 53. The method of any one of claims 44-52, wherein the operating time has a total of at least 7,500 hours. 前記動作時間が合計で少なくとも10,000時間を有する、請求項44乃至52のいずれか一項に記載の方法。 53. The method of any one of claims 44-52, wherein the operating time has a total of at least 10,000 hours. 前記定格出力の80%が、さらに2,500時間の動作時間の間維持される、請求項44乃至52のいずれか一項に記載の方法。 53. The method of any one of claims 44-52, wherein 80% of the rated power is maintained for an additional 2,500 hours of operating time. 前記定格出力の80%が、さらに5,000時間の動作時間の間維持される、請求項44乃至52のいずれか一項に記載の方法。 53. The method of any one of claims 44-52, wherein 80% of the rated power is maintained for an additional 5,000 hours of operating time. 前記容器は複数の断続的なデューティーサイクルに亘って動作され、各デューティーサイクルは動作のデューティーサイクル時間間隔を画定し、前記動作のデューティーサイクル時間間隔の前記合計は前記動作時間に等しい、請求項44乃至56のいずれか一項に記載の方法。

45. Said container is operated for a plurality of intermittent duty cycles, each duty cycle defining a duty cycle time interval of operation, said sum of said duty cycle time intervals of operation being equal to said operation time. 57. The method of any one of claims 1-56.

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