JP6814887B2 - 低コスト光ポンプレーザパッケージ - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年１２月２３日出願の米国仮特許出願第６２／４３８，９６１号の利益を主張するものであり、開示全体が、引用することにより本明細書に組み込まれる。

本開示は、レーザダイオードパッケージに関する。

レーザダイオードパッケージは一般に、多様なアプリケーション用のレーザ発光の形態の、相当な明るさの光を発生させるように配置される。パッケージの多様な光学的、熱的、および機械的な特徴は、設計上の障害を呈することがあり、従来の設計が望ましくない性能または特徴を持つと言う結果をもたらし得る。したがって、より欠点の少ないレーザダイオードパッケージに対する需要が残されている。

開示される技術の態様によれば、装置は、少なくとも１つのレーザダイオード組立体を支持するために配置された基礎部材面を含む剛体熱伝導性基礎部材と、少なくとも１つの導線を備える、基礎部材面に固定された少なくとも１つの電極スタンドオフであって、少なくとも１つの導線は、第１の端部および第２の端部を備え、第１の端部は電極スタンドオフの導線面に固定された、少なくとも１つの電極スタンドオフと、蓋部および、レーザダイオードパッケージの側面を画定するように蓋部から延伸し基礎部材に固定されるように配置された複数の側面部を含む蓋部材とを備えるレーザダイオードパッケージを備え、側面部のうちの少なくとも１つが、固定された導線の第２の端部を受けるように配置された導線開口を備え、固定された導線は、導線開口を通して挿入可能であり、その結果蓋部材は基礎部材上に延在しレーザダイオードパッケージを囲む、装置である。いくつかの例では、少なくとも１つの絶縁電極スタンドオフと少なくとも１つの導線は、第１の電極スタンドオフおよび第１の導線の対ならびに間隔を空けられた第２の電極スタンドオフおよび導線の対に対応し、少なくとも１つの側面部は、第１の導線に対応する第１の導線開口と、第２の導線に対応する第２の導線開口とを備える側面部を含む。さらなる例では、レーザダイオードパッケージは、少なくとも１つの導線の第２の端部を受けるように配置された開口を画定する環状部材を含む電気絶縁グロメットを備え、グロメットは、導線開口において少なくとも１つの側面部および少なくとも１つの導線に固定される。レーザダイオードパッケージは、基礎部材に固定され、少なくとも１つのレーザダイオード組立体から放出されるレーザビームを受光するようにレーザダイオードパッケージの内部領域に光学的に結合された光ファイバを備える、光学出力端子をさらに備え得る。いくつかの光学出力端子の例では、導線開口を備える少なくとも１つの側面部は、光ファイバ出力端子の形状に対応する形状を有する出力端子開口をさらに備える。追加の光学出力端子の例では、基礎部材が、基礎部材に固定された複数の副部材を備え、各副部材は、共通のフットプリントを有し、基礎部材面の少なくとも一部分を画定し、かつ各副部材は、副部材の数に基づいた、レーザダイオードパッケージ出力電力のスケーラビリティを提供するように、レーザダイオード組立体のうちの少なくとも１つを受けるように配置され、少なくとも１つの電極スタンドオフは、第１の副部材に固定され、他の副部材は、レーザダイオードパッケージ内部で電極スタンドオフに固定された導線に電気的に結合された少なくとも１つの内部電極スタンドオフを備える。いくつかの例では、複数の副部材は、第２の副部材を含み、それぞれの第１および第２の副部材の少なくとも１つのレーザダイオード組立体の各々が、ビームを放出し共通の方向に伝播する積層ビームを形成するように配置された複数のレーザダイオードを備え、互いに平行で間隔を空けられた各ビームのスロー軸を有し、互いに位置合わせされた各ビームのファスト軸を有し、積層ビームの共通の方向は、同一であり、積層ビームは、第１の副部材に固定された波長マルチプレクサまたは偏光マルチプレクサを用いて結合される。具体的な光学出力端子の実施形態では、少なくとも１つのレーザダイオード組立体のうちの１つまたは複数は、それぞれのレーザビームを第１の共通の方向に放出するように、取付けブロックの独立した階段上に配置された複数のレーザダイオードを備え、各レーザビームは、スロー軸が平行であり間隔を空けられ、ファスト軸が平行であり間隔を空けられるように配置されたスロー軸およびファスト軸を有し、レーザダイオード組立体のうちの１つまたは複数は、ファスト軸をコリメートするために、レーザビームのうちの１つにそれぞれ光学的に結合された複数のファスト軸コリメータと、スロー軸をコリメートするために、ファスト軸がコリメートされたレーザビームのうちの１つにそれぞれ光学的に結合された複数のスロー軸コリメータと、スロー軸が平行で間隔を空けられ、かつファスト軸がレーザダイオード組立体の積層ビームを形成するように位置合わせされるように、ビームを第２の共通の方向に反射させるように、ファスト軸およびスロー軸がコリメートされたレーザビームのうちの１つにそれぞれ光学的に結合された複数の折返しミラーとを、さらに備え、光学出力端子は、レーザダイオード組立体の積層ビームを光ファイバ内に光学的に結合させるように配置された、１つまたは複数の集束光学部を備える。そのような具体的な光学出力端子の例では、レーザダイオード組立体のうちの１つまたは複数は、第１のレーザダイオード組立体および第２のダイオード組立体を含み、第２のダイオード組立体の第１の共通の方向は、第１のレーザダイオード組立体の第１の共通の方向と逆方向である。いくつかの例では、レーザダイオードパッケージが、少なくとも１つのレーザダイオード組立体から放出されるレーザビームを受光し、レーザダイオードパッケージの外へのレーザビームの自由空間伝播の出力を提供するように配置された光学出力端子をさらに備える。いくつかの実施形態によれば、蓋部材の側面部が、基礎部材に、少なくとも部分的にエポキシを用いて可撓性をもつように固定される。他の実施形態では、側面部が、基礎部材に、少なくとも部分的に、エポキシ、溶接、はんだ、圧入、スナップ嵌め、ろう付け、または締め具のうちの１つまたは複数を用いて、可撓性をもつように固定される。いくつかの可撓性をもつように固定された例によれば、側面部が、第１の長さを有する対向側面部の第１の対と、第１の長さよりも長い第２の長さを有する第２の対であって、第１および第２の長さのそれぞれの端部で第１の対接合されるように、第１の長さに直交する方向に延在する対向側面部の第２の対とを含み、エポキシは、基礎部材と、第２の長さの中央部位近傍の第２の対との間に配置され、第２の長さの端部には存在しない。いくつかの実施形態では、導線開口が、開放の導線開口を画定するように、蓋部の反対側の少なくとも１つの側面部の縁部へと延在する。さらなる例は、レーザダイオードパッケージの熱サイクルに関連付けられる基礎部材の反りを抑制するように、基礎部材に関連して選択された厚さを有する蓋部材を備える。いくつかの例では、蓋部材および基礎部材が、類似しない熱膨張係数を有する類似しない金属を含む。いくつかの実施形態によれば、基礎部材が、銅または銅合金からなり、蓋部材が、アルミニウムからなる。さらなる実施形態によれば、蓋部材が、複数の側面部に対応する絞られた側面を有する深絞り金属素材である。いくつかの実施形態では、蓋部材が、折り畳み、鋳造、機械加工、または３Ｄプリンタ加工の蓋部材である。いくつかのレーザダイオードパッケージでは、１つだけの単一エミッタレーザダイオードを有する１つのレーザダイオード組立体だけが存在する。

開示された技術の別の態様によれば、方法は、少なくとも１つの電極スタンドオフを、レーザダイオードパッケージの剛体の熱伝導性底板部材に固定し、第１の端部および第２の端部を有する少なくとも１つの導線の第１の端部を、少なくとも１つの電極スタンドオフに固定し、その結果、導線は、底板部材のフットプリントの外に延伸し、第２の端部がレーザダイオードパッケージの外に配置される、ステップと、 レーザダイオードパッケージの側面を画定するように蓋部から連続的に延伸する複数の側面部を含み、側面部のうちの少なくとも１つにおいて、レーザダイオードパッケージの外に延伸する少なくとも１つの導線の断面に対応する少なくとも１つの導線開口を備える、蓋部材を用いて、レーザダイオードパッケージを囲むステップであって、固定された少なくとも１つの導線の第２の端部を、少なくとも１つの導線開口を通して挿入することを含む上記ステップと、を含む。いくつかの例では、電極スタンドオフおよび導線は、第１の電気的スタンドオフおよび第１の導線の対、ならびに間隔を空けられた第２の電気的スタンドオフおよび第２の導線の対を備え、１つまたは複数の側面部は、第１の導線に対応する第１の導線開口と、第２の導線に対応する第２の導線開口とを備える、側面部を含む。いくつかの実施形態は、絶縁グロメットを、レーザダイオードパッケージの外に延伸する少なくとも１つの導線の周りに位置決めし、グロメットを、導線開口において少なくとも１つの側面部および少なくとも１つの導線に固定するステップをさらに含む。追加の実施形態は、蓋部材の側面部を、底板部材に、エポキシを用いて固定するステップをさらに含む。いくつかの実施形態は、少なくとも１つのレーザダイオード組立体を、底板部材に固定するステップをさらに含む。

開示された技術の上述のならびに他の目的、特徴、および利点は、添付図面を参照しながら進める、以下の詳細な説明により、さらに明らかになるであろう。

レーザダイオードパッケージ実施形態の斜視図である。 レーザダイオードパッケージ実施形態の斜視図である。 レーザダイオードパッケージ実施形態の斜視図である。 別のレーザダイオードパッケージ実施形態の斜視図である。 別のレーザダイオードパッケージ実施形態の斜視図である。 モジュールレーザダイオードパッケージ実施形態の平面図である。 代表的方法のフローチャートである。

本出願および請求項で使用されるとき、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確にそうでないこと示さない限り、複数形を含む。さらに、用語「含む」は、「備える」を意味する。また、用語「結合された」は、結合された部材間の中間要素の存在を排除しない。

本明細書で説明するシステム、装置、および方法は、何ら限定的に解釈されるべきでない。むしろ、本開示は、多様な開示された実施形態の全ての新規で非自明な特徴および態様の、単体ならびに互いの多様な組合せおよび部分的組合せを対象にする。開示されるシステム、方法、および装置は、任意の特定の態様または特徴あるいはそれらの組合せだけに限定されず、そしてまた開示されるシステム、方法、および装置は、任意の１つまたは複数の特定の利点が存在するまたは問題が解決されることを必要としない。任意の動作理論は、説明を支援するためのものであるが、開示されるシステム、方法、および装置は、そのような動作理論だけに限定されない。

開示される方法のいくつかの動作は、便利な提示のための特定の連続的な順番で説明されるが、この説明方法は、特定の順番が以下に表明される特定の文言によって必要とされない限り、再配列を包含することを理解されたい。たとえば、順次説明される動作は、場合によっては再配列または並行して実行され得る。さらに、簡単にするために、添付図は、開示されるシステム、方法、および装置が、他のシステム、方法、および装置と併せて使用され得る多様な方法を示していない場合もある。加えて、説明はときには、開示される方法を説明するために、「製造する」および「提供する」のような用語を使用する。これらの用語は、実行される実際の動作を高いレベルに抽象化したものである。これらの用語に対応する実際の動作は、特定の実施態様により変化することになり、当業者によって容易に認識され得る。

いくつかの例では、値、手順、または装置は、「最低」、「最良」、「最小」、などと参照される。そのような説明は、多くの用いられる機能的代替の中からの選択がなされ得ることを示すことを意図され、そのような選択は、他の選択に対して、より良い、より小さい、または好ましい必要はない、ことを理解されたい。

本明細書で使用されるとき、レーザビームは、約１００ｎｍから１０μｍの間、典型的には約５００ｎｍから２μｍの間の波長の光学的放射を含む。利用可能なレーザダイオード源および光ファイバに基づいた例は通常、約８００ｎｍから１７００ｎｍの間の波長に関連する。いくつかの例では、光学的放射の伝播は、ビーム波長およびビーム整形のために用いられる光学的システムに依存し得る、直径、非対称なファストおよびスロー軸、ビーム断面積、およびビーム発散を有する１つまたは複数のビームとして見なされる。便宜上、光学的放射は、いくつかの例では、光として見なされ、可視波長に存在する必要はない。

典型的なレーザダイオードは、非円形断面を有する放射領域を有する。レーザダイオードの放射領域は、放射領域の最長寸法に沿った方向のスロー軸と、放射領域の最短寸法に沿った方向のファスト軸とに関連付けられ得る。スロー軸に沿って、放射ビームは、ファスト軸に沿った角度発散より小さい角度発散を有する傾向をもつ。加えて、スロー軸は、ファスト軸でのビーム伝播よりも横モードでのビーム伝播に関連付けられる傾向をもち、その結果、スロー軸に沿って測定されたビームパラメータ積（角度発散とビーム寸法の積に対応する）は、ファスト軸に沿って測定されたものより大きくなる。スロー軸、ファスト軸、または両方に沿ったビーム発散および直径は、１つまたは複数のレンズ、プリズム、またはミラーを用いて選択されたビーム特性を提供するように調整され得る。

代表的な実施形態は、光ファイバに関して説明されるが、正方形、長方形、正多角形、卵形、楕円形、または他の断面を有する、他の種類の光導波路が使用され得る。光ファイバは通常、所定の屈折率または屈折率差を提供するように、ドーピングされた（またはドーピングされていない）シリカ（ガラス）から形成される。いくつかの例では、ファイバまたは他の導波路は、対象の波長によりフッ化ジルコニウム酸塩、フッ化アルミン酸塩、フッ化物またはリン酸塩ガラス、カルコゲナイドガラス、あるいはサファイアなどの結晶性材料などの他の材料からなる。シリカおよびフッ化物ガラスの屈折率は、典型的には約１．５であるが、カルコゲナイドなどの他の材料の屈折率は、３以上であり得る。やはり他の例では、光ファイバは、部分的にプラスチックから形成され得る。通常の例では、ファイバコアなどのドーピングされた導波路コアが、ポンピングに応じて光学利得を提供し、コアおよびクラッドは、ほぼ同軸である。他の例では、１つまたは複数のコアおよびクラッドは、非共軸であり、いくつかの例では、コアおよびクラッドの配向ならびに／または変位は、導波路長さに沿って変化する。

本明細書で用いられるとき、開口数（ＮＡ）は、光学的放射の伝播が実質的に閉じ込められる、光導波路によって画定される伝播軸に対する最大入射角を示す。光ファイバでは、ファイバコアおよびファイバクラッドは、コアとクラッド層との間の、または隣接するクラッド層間の、それぞれの屈折率差によって通常定義される、関連付けられたＮＡを有し得る。そのようなＮＡでの光学的放射伝播は通常、良好に閉じ込められるが、エバネッセント場などの関連する電磁場は典型的には、隣接するクラッド層内へと延伸する。いくつかの例では、コアＮＡは、コア／内側クラッドの屈折率に関連付けられ、クラッドＮＡは、内側クラッド／外側クラッドの屈折率差に関連付けられる。コア屈折率ｎ_ｃｏｒｅおよびクラッド屈折率ｎ_ｃｌａｄを有する光ファイバのファイバコアＮＡは、
ＮＡ＝（ｎ_ｃｏｒｅ ^２−ｎ_ｃｌａｄ ^２）^１／２
である。内側コアおよび内側コアに隣接する外側コアを有する光ファイバのコアＮＡは、
ＮＡ＝（ｎ_{ｉｎｎｅｒ} ^２−ｎ_{ｏｕｔｅｒ} ^２）^１／２
であり、ここでｎ_{ｉｎｎｅｒ}およびｎ_{ｏｕｔｅｒ}は、それぞれ内側コアおよび外側コアの屈折率である。上で説明した光学的ビームは、ビーム角半径に関連付けられるビームＮＡを有するとして見なされる。マルチコア階段状屈折率ファイバが以下で説明されるが、傾斜状屈折率設計も使用され得る。

本明細書で開示される例では、光ファイバコアなどの導波路コアは、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｅｒ、または他の活性ドーパントあるいはそれらの組合せなどの希土類元素でドーピングされる。そのような活性ドープコアは、光または他のポンピングに応じて光学利得を提供し得る。以下に開示されるように、そのような活性ドーパントを有する導波路は、光増幅器を形成するために使用され得る、あるいは、反射層、ミラー、ブラッグ格子、または他のフィードバックメカニズムなどの好適な光学的フィードバックを備える場合、そのような導波路は、レーザ放射を生成し得る。光ポンプ放射が、放射されたレーザビームまたは増幅されたビームの伝播方向に関する導波路内で共伝播および／または逆伝播するように配置され得る。

輝度という用語は、立体角当たりの単位面積当たりの光学的ビーム出力を参照するために、本明細書では使用される。いくつかの例では、光学的ビーム出力は、その立体角が、ビーム波長に比例しビーム面積に反比例するビームを生成する、１つまたは複数のレーザダイオードを用いて供給される。ビーム面積およびビーム立体角の選択は、ポンプビームをもたらし得て、選択されたポンプビーム出力を、ダブル、トリプル、もしくはその他のシングルまたはマルチクラッド光ファイバの、１つまたは複数のコアまたはクラッド層内に結合させる。ビームの断面積、直径、または他のビーム寸法は、一般にゼロ強度値、１／ｅ値、１／ｅ^２値、半値全幅（ＦＷＨＷ）値、または他の好適な測定基準に対応する境界を用いて示され得る。

光学的ビームおよび光学的要素は、いくつかの例では、１つまたは複数の軸に関して示される。典型的には、軸は、光学的ビームがそれに沿って伝播するまたは１つまたは複数の光学的要素が配置される、１つまたは複数の直線分を含む。そのような軸は、反射面を用いて曲げられまたは折り返され、その結果、軸は、単一の直線分にする必要がない。両凸、平凸、両凹、平凹、円柱、フレネル、ゾーンプレート、ホログラフィック、球面、非球面、それらの組合せを含む、多様なレンズが、示されまたは使用され得る。便利な例では、円柱レンズは、交差円柱または交差円柱レンズまたはレンズ組立体を提供するように互いに垂直に配置された、円柱面を有する。通常の例では、平凸円柱レンズは、平面および円柱状の凸面を有し、それが焦点軸を画定し、焦点軸は円柱状の凸面に関連付けられた曲率の軸中央と平行または同一直線上にあり得る。ビームは通常、そのようなレンズに、平面と垂直な光軸と平行に入射する。そのようなビームは、焦点軸および光軸と垂直な軸（たとえば、スロー軸、ファスト軸）に沿って集束する傾向があり、コリメートされたビームは、焦点軸においてその軸に関する焦点にもたらされる傾向がある。焦点軸は、レンズの特性により、直線でないこともあり得ることを認識されたい。いくつかの交差円柱の例では、第１および第２の対物レンズは、光軸に沿って間隔を空けられ、互いに垂直で焦点面で互いに交差する、一組の対応する焦点軸を提供する。

多様な実施形態では、レンズ、取付台、筐体、などのような光学的な構成要素が、他の光学的構成要素に重ね合わされる。２つ以上の光学的構成要素の表面は、対応する光学的構成要素を位置合わせするようにまたは他の光学構成要素もしくはビームを位置合わせするように、重ね合わされ得る。そのような重ね合わせおよび位置合せは、軸方向または横断方向で、あるいは光学的構成要素およびビームの対応する位置合せを提供するのに好適な他の方法で、見出され得る。用語「表面」は、光学的構成要素の重ね合わせに関連して使用され、表面は、縁部、平面、細線、刻み目、肌理（テクスチャー、texture)、面取り、Ｖ字型刻み目、戻り止め、締め金部材、などを含む他の特徴を含み得て、そのような表面は、光学的構成要素の異なる特徴に平行または垂直以外の向きで配置され得ることを認識されたい。

レーザダイオードパッケージの例は通常、パッケージの出熱を行うために（たとえば、筐体基盤を介して）筐体を提供し、光学系、レーザ、および他の構成要素用の外部環境からの保護囲いを提供し、使用期間を通した内部の光学的位置合せを維持することになる光学的および下部構造体アタッチメントのための機械的に安定したプラットフォームを提供し、十分な電流処理の電気的フィードスルーおよび十分なサイズの光学的フィードスルーを提供し、筐体を、レーザパッケージ筐体基盤から外に熱を熱伝導する、剛体支持体に取付ける（たとえば、ねじまたは締め金を用いて）ための固定位置を提供する。コバールまたは冷間圧延鋼からなる剛体壁、あるいは銅または銅／モリブデンまたは銅／タングステンベースの銅壁を用いたパッケージ、およびセラミックまたはガラスフィードスルー内部の銅または銅コアの導線が、関連する熱伝達を提供し得る。独立した蓋部が、溶接、はんだ、またはエポキシにより後に取り付けられ、通常光学縦列の一部である光学的フィードスルーポートが、底板にではなく、パッケージの壁部に取り付けられる。パッケージ基盤に通常取り付けられるレーザ／光学部品から機械的に除去される、そのような構成は、パッケージの壁部とともに光学部品またはファイバが移動すること影響を受けやすい。さらに、製造および電気的ピンの壁部へのろう付けまたは焼成中に、通常銅または銅合金の基盤内の材料が焼成処理中にアニールされ、基盤が軟化し容易に変形されるようになるという結果をもたらす。パッケージを圧下(screw down)するために用いられる孔は、多くの場合基盤面をわずかに変形させる結果となり、パッケージに平坦でない基盤をもたらすことになる。パッケージの他の面への後続の取り付けは、パッケージと取付け面との間に隙間をもたらすことになり、熱伝達を低下させ、パッケージ内でのレーザダイオードの動作温度を増大させ、信頼性を低下させる、または特定用途用の受容可能な公差外にレーザ波長を変化させる。

上述の問題を軽減するために、非常に厚い底板が、より堅いがより熱伝導性の低い材料（アルミニウム、銅／モリブデン、または銅タングステン）、またはパッケージと無関係に変形する非常に薄い取り付けタブと共に使用され得るが、特により大きいパッケージ（１ｃｍ角より大きい）においては、パッケージ全体に下方への圧力はほとんど提供されない。通常の例では、レーザダイオードパッケージの内側面全体および電気的なピンは金めっきされ、多様なダイオードパッケージ構成要素へのはんだ付け性を提供するが、金めっきは、側面などのいくらかの表面に不必要に施され得て、これにより金材料が浪費されコストを増大させる。パッケージ筐体が、サイズを増大させるにつれて、パッケージは、非常に高価で重くなり、このことがコストを増大させ、多様な軽量用途への好適性を低下させ、応力および取扱い損傷からの影響の受けやすさを増大させる。複数のピンまたは大型のピンが大電流には必要であるが、通常必要とされる接続子は、比較的高価である。

受容可能な高熱伝導率を有する材料（多くの場合銅または銅モリブデン）からなる、基盤が、選択され得て、熱伝導性は低いが寸法的により安定的な材料（コバールのような合金またはより安価なステンレス鋼合金）の中から製造される側壁に対合され、対合は比較的高温でのはんだまたはろう付け処理により実行される。高温処理は、底板に使用される材料を顕著に軟化させる。さらに、電気接続子（通常ガラスまたはセラミック絶縁体を伴う銅または銅合金導体）は、底板材料をさらに軟化させ得る高温処理によりパッケージの壁部を通して取り付けられる。基盤はさらに、選択され、基盤および壁部は、同一の材料（通常、寸法安定性の必要性と釣り合いを取られた十分な高熱伝導率を有する）からなり、モノリシック構造を残したまま、パッケージの中央部は、「バスタブ状の」構成へと機械加工で取り除かれ得る。この処理は、壁部を取り付けるために、高温ろう付け処理に先行するが、電気接続子および絶縁体は、側壁内に挿入され、高温ろう付け処理で固定され、これによりパッケージ材料は、再び軟化される。複合の公差を有する多量の機械加工が必要とされ、より大きな表面積がめっきされなければならない。蓋部は、接着剤、機械的締め金、溶接またははんだ付けにより取り付けられる、型押しされたまたは機械加工された平坦な「プレート」であり得る。

本明細書で開示される技術の代表的な例では、レーザダイオードパッケージのプラットフォームは、パッケージ製造および処理の間中、高熱伝導率および高硬度を有する剛体基盤を提供し、ロバストで低コストである、あるいはそれを達成し得るレーザダイオードパッケージを結果としてもたらす。光学的取付けのための機械加工された形体を有する、非アニール銅（１／４、１／２、３／４、または全硬化）あるいは銅合金の底板および平坦な基盤は、はんだ付け性のためにめっきされる（たとえば、金で）。パッケージ壁部は、基盤から連続的に延伸せず、あるいは蓋部も取り付けられず、むしろパッケージ壁部を含む深絞りの蓋部材が、レーザダイオードパッケージの内部構成要素の組立が完了またはほぼ完了したあとに設置される。この手法は、レーザダイオードパッケージコストを顕著に低減し、「ボックス」設計で製造に関連付けられる困難に取り組むオープンプラットフォームを提供する。

いくつかの例では、パッケージ壁部に取り付けられたガラスまたはセラミックフィードスルーの代わりに、導線がはんだ付けにより、セラミックスタンドオフまたは同等の形体を有する基盤に取り付けられる。通常の例では、導線は、平坦だが同様に他の形状であってもよい。導線は、内部の電気的配線へのワイヤボンディングまたは他のコンタクト用の内部の電気的表面を提供し、導線からワイヤへの応力を分離する。蓋部材は、組立の最終段階中に取り付けられ、外殻の１つまたは複数の壁部内の開口を通して導線上にもたらされる。蓋部材と突出した導線との間の隙間は、セラミック、ガラス、高温プラスチック、または他の非導電材料の絶縁体で充填される。通常の例では、絶縁体は、組立て前後の顧客の取扱い中における、光遮断および付加的な機械的完全性を提供する。蓋部材は次に、底板にネジ止めされ、エポキシ樹脂で接着され、はんだ付けされ、または溶接される。

いくつかの例では、蓋部および基盤の熱膨張および収縮が、基盤または蓋部の変形を抑制しパッケージおよび内部構成要素の完全性および位置合せは維持されるように、かつ光漏洩に対する封止を提供するように、エポキシの柔軟性および／または機械的な滑りにより制御される。開示される技術の通常の例では、パッケージ壁部およびパッケージ蓋部は、１つの部品に統合され、フィードスルーは、蓋部および壁部と無関係にパッケージに取り付けられる。底板の硬さは、３５０℃未満の温度でのはんだ付け処理により実現される、セラミック支柱および導線の取付けを通して保持され得る。

本明細書では、アニールは通常、典型的には金属での熱処理を示し、粒度を増大させ、アニールされた材料を軟化させる。ろう付けは一般に、４５０℃を超える液相線を有する充填金属を伴う処理を示す。はんだ付けは一般に、４５０℃以下の液相線を有する充填金属を伴う処理を示す。はんだ付けは通常、ろう付けと比較して低い強度の取付けをもたらす。低温はんだ付けは一般に、はんだが２００℃以下の温度で液相である、はんだ付け処理を示す。高温はんだ付け処理は、３５０℃を超えて見出される。

本明細書の代表的な例では、底板は、十分な熱伝導性を有する材料（銅または銅合金などの）の単純なプレート構造から製造される（機械加工、成型、鋳造、または型押し）。底板は、パッケージ製造中に高温処理を受けないので、底板およびパッケージは、最初の完全性を保持し、表面の反り（たとえば、底板フットプリント全体で５０μｍ、３０μｍ、１０μｍ、または５μｍ以下の）の実質的な低減を経験するので、それにより、よりロバストで信頼できるパッケージ製品がもたらされる。さらに、底板は、製造するのにより簡潔であるので（プレートに対しての短い機械加工時間、少ない限界寸法、高温処理がない、および表面積削減）、製造コストは、実質的に抑制される。電気接続子およびスタンドオフは、底板に（比較的）低温のはんだ付け処理により取付けられ、それは１つまたは複数の他の構成要素を底板に取り付けるために用いられるはんだ付け処理と同様であり得る。

パッケージの壁部を形成するために、蓋部材は、上下反対に底板上に配置されるバスタブ状構造を形成するように、受容可能な材料（たとえば、アルミニウム合金）から低コストに型押しされ得る。蓋部材は、蓋部材と底板との間の寸法安定性の差異が、レーザパッケージの機能または信頼性を妥協させ得る、蓋部材による底板への応力印加をもたらさない方式で、取付けられ得る。蓋部材は、底板に印加される加熱および／または応力の量を制限または抑制するように、接着剤を用いて底板に固定され得る。追加の例として、締め具（たとえば、ねじ）または低温はんだ付け処理などの他の固定機構が使用され得る。導電性ピンの断面積は、ダイオードパッケージの電流要件により様々であり得て、信頼性を犠牲にすることなしに、高出力／大電流動作を可能にする。さらに、レーザダイオードによって放出されるビームが遮断されるように通常配置される、パッケージ側壁を除去することによって、底板は、パッケージの出力電力を拡大するように追加されることになる、レーザダイオード組立体の別個のモジュールユニット用のプラットフォームを提供する。たとえば、モジュールユニットを互いに極近傍に配置することによって、各モジュールユニットの出力は、レーザダイオードパッケージ内の複数のモジュールユニットからのレーザビームを偏光、波長、または幾何学的に多重化することによって、単一の無限焦点のまたはファイバ結合された出力に結合され得る。

図１Ａ〜１Ｃでは、その面上で複数のレーザダイオード組立体１０４ａ〜１０４ｄがそれぞれの担体板１０６ａ〜１０６ｂに固定された、基礎部材面１０３を有する基礎部材１０２を備える、レーザダイオードパッケージ１００の一例が示されている。電極スタンドオフの対１０８、１１０もまた、基礎部材１０２に固定されており、対応する電極の対１１２、１１４が、電極の第１の端部１１６ａ、１１８ａでそれぞれのスタンドオフ１０８、１１０に固定されており、このとき電極１１２、１１４は、基礎部材１０２のフットプリントを通過して延伸し、その結果反対の電極の第２の端部１１６ｂ、１１８ｂは、レーザダイオードパッケージ１００の外側に位置する。電極１１２、１１４の第１の端部１１６ａ、１１８ａは、レーザダイオード組立体１０４ａ〜１０４ｄの複数のレーザダイオード１２０ａ〜１２０ｄの近傍に配置され、レーザダイオード１２０ａ〜１２０ｄが、電極１１２、１１４に電気的に結合され（たとえば、直列関係のワイヤボンディングを通して）、電流を受け、対応するレーザダイオードビームを放出し得るようになされている。第２の端部１１６ｂ、１１８ｂは、電流をレーザダイオード１２０ａ〜１２０ｄに供給するために電源（図示せず）に結合される。代表例では、スタンドオフ１０８、１１０のうちの１つまたは両方は、セラミックであり電気絶縁的である。いくつかの例では、スタンドオフ１０８、１１０のうちの少なくとも１つの全部または一部は、導電性であり得る。いくつかの実施形態では、基礎部材１０２とスタンドオフ１０８、１１０との間を、またはそれぞれのスタンドオフ１０８、１１０とそれぞれの電極１１２、１１４との間を電気的に絶縁するために、絶縁体材料が、使用され得る。具体的な例では、電極１１２、１１４のうちの１つは、それぞれのスタンドオフ１０８、１１０を介して基礎部材１０２に導電的に結合され得る。

レーザダイオードパッケージ１００は、他のシステム構成要素または筐体に締め具を用いて固定され得る。たとえば、ファイバレーザシステムでは、複数のレーザダイオードパッケージ１００が、ポンプレーザモジュールとして使用され得て、ポンプレーザモジュールは、ファイバレーザシステムの筐体に固定され得る。

レーザダイオード組立体１０４ａ〜１０４ｄは、それぞれのレーザダイオード１２０ａ〜１２０ｄから放出されるレーザダイオードビームを受けるように、かつそれぞれのファスト発散軸１２６およびスロー発散軸１２８に沿ってビームをコリメートするように配置された、ファスト軸コリメータ１２２ａ〜１２２ｄおよびスロー軸コリメータ１２４ａ〜１２４ｄをさらに備える。コリメートされたビームは、それぞれの折返しミラー１３０ａ〜１３０ｄによって受けられ、ビームが、スロー軸が互いに平行に、ファスト軸が位置合わせされて積層され、光ファイバ１３６の端面１３４内にビームを光学的に結合する集束光学部１３２に誘導されるビーム積層体を形成するように、折り返される。通常の例では、対物レンズ１３５は、光ファイバ１３６内に結合する端面１３４におけるビームの１つまたは軸に誘導し、集束するように配置される。端面１３４は、たとえば締め具を用いて、基礎部材１０２に固定された光学出力端子１３８内に配置される。光学出力端子１３８の外側部分１４４は、基礎部材１０２の縁部に位置合わせされる。通常の例では、レーザダイオード１２０ａ〜１２０ｄは、１０ワットから２５ワットの範囲の最大平均光強度を有するビームを放出する。レーザダイオード組立体の数および組立体毎のレーザダイオードの数、ならびに光ファイバ１３６の受容特性は、異なる実施形態では光ファイバ１３６内に結合された結合積層ビームの総出力が、５０ワットから３００ワットの範囲内にあるように、変化する。

レーザビーム波長は、ダイオード材料に基づいて変化し得て、通常７００ｎｍから１０００ｎｍの範囲内にあるが、赤外線および紫外線を含む他の波長であってもよい。代表的なパッケージ実施形態は、ファイバレーザポンピング用途のために選択された波長を有する。いくつかの例では、波長は、ボリュームブラッグ格子などの周波数選択素子を用いて、選択され、狭帯域化され、または固定される。ボリュームブラッグ格子は、個々のレーザダイオードに、またはビーム群（たとえば、積層ビーム）に結合され得て、たとえば、スロー軸コリメータと折返しミラーとの間、ファスト軸コリメータとスロー軸コリメータとの間、ファスト軸コリメータとそれぞれのレーザダイオードとの間、折返しミラーと集束光学部との間、集束光学部内部、などの周波数固定化性能を提供するのに好都合な、レーザダイオードパッケージ１００内の１つまたは複数のビーム経路内に位置決めされ得る。具体的な例では、レーザビーム波長は、選択された運転出力およびダイオード接合温度で、８０８ｎｍ、９１５ｎｍ、または９７６ｎｍを中心に分布する。いくつかの例では、レーザダイオード組立体は、１つの単一エミッタレーザダイオードを含み得て、いくつかのパッケージは、単一のレーザダイオード組立体（たとえば、単一のレーザダイオード、２つのレーザダイオード、３つのレーザダイオードなどを有する１つの組立体）を備え得る。いくつかの実施形態は、レーザ光を光ファイバ内に結合することなしに、１つまたは複数のビームまたは結合積層ビームもしくは積層ビームを、光学出力端子１３８への自由空間結合することを提供する。そのような例では、レーザダイオードパッケージ１００外への、たとえば外部のビーム整形光学部、目標、またはビームを受光するために配置された他のレーザ構成要素への、ビームのコリメートされた自由空間伝播を提供するように、集束光学部１３２は、省略または変更され得る。

レーザダイオードパッケージ１００の代表的な例は、レーザダイオードパッケージ１００の上部を画定する蓋部１４８を含む一体物の深絞り加工された部品であり得る、蓋部材１４６をさらに備える。いくつかの例では、蓋部は、レーザダイオードパッケージ１００の側面を画定するように蓋部１４８から連続的に延伸し得る、複数の側面部１５０ａ〜１５０ｄを含む。さらなる例では、蓋部１４８は、折り畳み、鋳造、機械加工、３Ｄプリンタ、または他の方法で形成され得る。側面部１５０ａは、開口部、孔、スロットなどのような開口１５２、１５４、１５６、を備える。いくつかの例では、単一の開口は、選択された側面部において画定され得て、他の例では、異なる開口は、異なる選択された側面部において画定され得る。側面部１５０ａの開口１５２、１５４の位置は、蓋部材１４６がレーザダイオードパッケージ１００を囲むように基礎部材１０２上に配置されたとき、レーザダイオードパッケージ１００の外に延伸する導線１１２、１１４にそれぞれ対応する。開口１５６の位置は、光学出力端子１３８が基礎部材１０２上に位置する蓋部材１４６で囲まれるように、光学出力端子１３８の外側部分１４４に対応する。複数のレーザダイオード組立体１０４ａ〜１０４ｄ、固定された導線１１２、１１４を伴う電極スタンドオフ１０８、１１０、および光学出力端子１３８を基礎部材１０２に固定して、蓋部材１４６は、開口１５２、１５４において導線１１２、１１４の第２の端部１１６ｂ、１１８ｂ上に挿入され、レーザダイオードパッケージ１００を囲むように、基礎部材１０２のフットプリント上に位置決めされる。さらなる例では、蓋部材１４６は、省略され得て、蓋部材１４６よる支持なしに、電極スタンドオフ１０８、１１０が、導線１１２、１１４を支持するように配置され得る。異なる例では、電極スタンドオフ１０８、１１０は、増大された断面もしくは材料強度を有する、または基礎部材１０２に高強度はんだ、締め具、もしくは他の締結機構を用いて固定される、または導線１１２、１１４はより小さい、あるいはそれらの組合せである。たとえば、ある用途は、別の筐体またはレーザ光の制限の重要性がより低い場合の環境により、レーザダイオードパッケージ１００の筐体を必要としないこともある。

絶縁グロメット１５８、１６０の対は、導線１１２、１１４の断面に対応して整形された、それぞれのグロメット開口１６２、１６４を含む。蓋部材１４６を基礎部材１０２上に配置して、グロメット１５８、１６０は、グロメット開口１６２、１６４を通して、導線１１２、１１４上に挿入され、開口１５２、１５４において位置決めされる。グロメット１５８、１６０は、内部グロメット部１６６、１６８を含み、それぞれの導線１１２、１１４と、開口１５２、１５４を横切る側面部１５０ａとの間の隙間の少なくとも一部分をブリッジする。いくつかの例では、内部グロメット部１６６、１６８の外面１７０、１７２は、側面部１５０ａと接触する。さらなる例では、接着剤が、外面１７０、１７２を側面部１５０ａに固定する。グロメット１５８、１６０は、レーザダイオード１２０ａ〜１２０ｄを駆動する電流を流す導線１１２、１１４を蓋部材１４６から絶縁し、それらは銅およびアルミニウムを含む、多様な導電性または非導電性の材料種類からなり得る。好適な絶縁材料は、高温セラミクス、樹脂、および重合体を含む。いくつかの例では、グロメット１５８、１６０は、開口１５２、１５４を通し挿入された導線１１２、１１４の周りに流し込むことができる流体材料であり、基礎部材１０２上の位置にある蓋部材１４６と共に熱処理され、密接な絶縁封止を形成する。側面部１５０ａが導線１１２、１１４に対して滑り基礎部材１０２を囲むとき、開口１５２、１５４と導線１１２、１１４の断面とのサイズの差異により、蓋部材１４６が、レーザダイオード組立体１０４ａ〜１０４ｄと側面部１５０ｃとの離間距離を提供するように、ある角度で位置決めされることを可能にする。基礎部材１０２上に固定された蓋部材１４６を有し、導線１１２、１１４上の所定の位置に固定されたグロメット１５８、１６０を有するレーザダイオードパッケージ１００を図１Ｃに示す。

通常の例では、蓋部材１４６の開口１５２、１５４が、導線１１２、１１４に沿って移動すると、開口１５６は、ファイバ端部１７４に沿って移動し得る。開口１５６は、端部が開放されていてもよく、結果として、開口１５６は、側面部１５０ａの縁部まで延在し、光ファイバ１３６への離間距離をもたらし、光ファイバ１３６が光学出力端子１３８に結合されていても、基礎部材１０２上での蓋部材１４６の位置決めを可能にする。開口１５６は、光学出力端子１３８の外側部分１４４と、密接な、ぴったり合う、または締まりばめの嵌合を形成し得る。エポキシまたは他の接着剤が、開口１５６における、外側部分１４４と側面部１５０ａとの間の任意の隙間を固定するために使用され得る。代表的な例では、蓋部材１４６は、基礎部材１０２に高温エポキシなどの接着剤で、側面部１５０ａ〜１５０ｄの縁部と基礎部材面１０３との間の接触領域の少なくとも一部分に沿って固定される。いくつかの例では、接着剤は、長手の側面部１５０ａ、１５０ｃが基礎部材面１０３と接触する、中央領域に選択的に塗布される。レーザダイオードパッケージ１００は、動作および停止が繰り返されるとき、選択的塗布により、基礎部材１０２は部分的に蓋部材１４６から構造的に解離可能になり、その結果、基礎部材１０２は、蓋部材１４６から独立して膨張または収縮できるようになる。さらなる例では、蓋部材１４６は、別法としてまたは追加として、溶接、はんだ付け、圧入、スナップ嵌め、ろう付け、ネジ式での固定または他の締め具、あるいはそれらの組合せによって基礎部材１０２に固定され得る。

代表的な例では、蓋部材１４６の厚さは、基礎部材１０２の厚さよりも薄い、または、パッケージ側面と基礎部材との間の従来の厚さの差異と比較して削減されている。いくつかの深絞り蓋部材の例では、蓋部材１４６は典型的には、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍなどのミリメートル範囲で共通の厚さを有する。基礎部材１０２の厚さは通常、基礎部材１０２の底面から、レーザダイオードパッケージ１００を囲む蓋部材１４６との接触面までが測定される。厚さはさらに典型的には、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍなどまたはそれ以上のミリメートル範囲で共通の厚さを有する。基礎部材１０２の厚さが増大された例では、追加の厚さが、基礎部材１０２の剛性および曲げ強度と、関連して生じるレーザダイオードパッケージ１００の構築中の反りへの耐性と、ならびにもっと先のより大きなシステムまたは末端消費者の用途におけるレーザダイオードパッケージ１００の実施態様を向上させる。一般に、厚さの差異はまた、多様な他のパッケージ変形形態、性能向上、および低コスト化が実現されることを可能にする。たとえば、通常は共通の厚さを有する蓋部１４８および側面部１５０ａ〜１５０ｄを備える、パッケージ側面を含む蓋部材１０２を用いることで、金めっきが、パッケージの側面に同じ材料を適用する無駄をすることなしに、基礎部材１０２に構成要素のはんだ付け性のために施され得る。

上述したように、別の実施形態では、蓋部材１４６は、アルミニウム、銅、または他の材料から形成され得る。いくつかの例では、蓋部材１４６の材料は、基礎部材１０２の材料と異なる。たとえば、基礎部材１０２は、銅から形成され、蓋部材１４６は、アルミニウムから形成され得る。いくつかの例では、基礎部材１０２および蓋部材１４６は、金属、セラミクス、または複合材を含む、調和したまたは不調和の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する、異なる材料であり得る。ＣＴＥは、異種材を含む利用可能な材料から、ＣＴＥ不調和に関連する応力を低減または最小化するように選択され得る。いくつかの例では、基礎部材１０２に対して低減された蓋部材１４６の厚さにより、側面部１５０ａ〜１５０ｄが、製造、設置、または動作中に歪むことを可能にし、歪に関連する基礎部材１０２の反りを抑制することを可能にする。示すように、レーザダイオードパッケージ１００の代表的実施形態では、導線１１２、１１４は、電極スタンドオフ１０８、１１０に固定される。このことは、電極ピンをレーザダイオードパッケージの側面へろう付けすることに対して、ピンの側面に対する加熱が、側面および取り付けられているまたは連続的に形成されている底板を、焼鈍または軟化させ、底板の反りという結果をもたらすので、有益な代替案を提供する。いくつかの例では、蓋部材１４６の材料および／または厚さは、基礎部材１０２に固定されることに関連する基礎部材１０２の反り影響を抑制するように選択される。さらに、蓋部材１４６を用いることによって、基礎部材１０２の厚さの増大を伴ったとしても、レーザダイオードパッケージ１００の総重量は、側面を底板に組み込む筐体と比較して低減される。そのような総重量低減および改善された熱性能は、サイズ、重量、および電力（ＳＷａＰ）の問題が最も重要であり得る、航空宇宙用途で使用するデバイスに有益であり得る。さらに、重量および熱の改善は、パッケージサイズの増大を可能にし得て、たとえば、追加のレーザダイオードエミッタ、または増大された剛性および／もしくは強度向上を可能にする。

図２〜３は、基礎部材３０２および各々が平行した伝播軸に沿ったしかしもう一方と別の方向に伝播する一組のレーザビームを放出するように配置されたダイオード組立体３０４ａ、３０４ｂの対を備える、レーザダイオードパッケージ３００の別の例を示す。積層ビームの対は、積層ビームを結合する偏光マルチプレクサ３０６によって形成され、受光される。集束光学部３０８は、結合積層ビームを受光し、光を光学出力端子３１２に結合された光ファイバ３１０内に結合する。導線３１４、３１６の対は、基礎部材３０２に固定されたそれぞれのスタンドオフ３１８、３２０に固定される。内部電気的バスバー３２１は、基礎部材３０２に固定され、導線３１４とレーザダイオード組立体３０４ａとの間、ならびにレーザダイオード組立体３０４ｂと導線３１６との間の直列回路を完成させる電気的経路を提供する。

蓋部材３２２は、レーザダイオードパッケージ３００の上部を画定する蓋部３２４と、レーザダイオードパッケージ３００の側面を画定する複数の側面部３２６ａ〜３２６ｄとを含む。側面部３２６ａは、蓋部材３２２が、スタンドオフ３１８、３２０および基礎部材３０２に固定された導線３１４、３１６に、基礎部材３０２上で位置決めされ得るように、導線３１４、３１６を受けるために配置された開口３２８、３３０の対を備える。側面部３２６ｄは、蓋部材３０２が導線３１４、３１６を摺動可能に係合するように、側面部３２６ｄの縁部に延在する開口３３２を備え、蓋部材３０２は、光学出力端子３１２上の側面部３２６ｃで低くされ得る。蓋部材３２２および基礎部材３０２は、レーザダイオードパッケージ３００を囲むように、接触面３３３の少なくとも一部分に沿って共に固定される。蓋部材３２２を所定の位置におき基礎部材３０２と接触させて、絶縁グロメット３３４、３３６の対は、開口３２８、３３０内の導線３１４、３１６を囲むように、突出した導線３１４、３１６の奥まで挿入される。グロメット３３４、３３６は、導線３１４、３１６および側面部３２６ａに固定される。

図４では、異なる製品範疇の製造性および異なるパッケージ出力電力または開口数などの他の特性のスケーラビリティを合理化する、いくつかの実質的に同等の特徴を有し得る３つの副部材４０４、４０６、４０８を備える基礎部材４０２を備える、モジュールレーザダイオードパッケージ４００の一例を示す。電極４１０、４１２の対は、副部材４０４に固定されたスタンドオフ４１４、４１６からレーザダイオードパッケージ４００の外に延伸する。３つの副部材４０４、４０６、４０８の各々は、積層ビーム４１９、４２１、４２３内に誘導されるレーザダイオードビームのそれぞれのセットを放出するように配置された、それぞれのレーザダイオード組立体４１８、４２０、４２２を備える。積層ビーム４１９、４２１、４２３は、集束され光ファイバ４３４内に結合されるように、折返しミラー４２４、４２６、４２８を用いて光学出力端子４３２内に配置された集束対物レンズ４３０の方へ誘導される。積層ビーム４１９、４２１、４２３は、多様な方法で結合され得る。たとえば、１つまたは複数の積層ビーム４１９、４２１、４２３は、一方がもう一方の上に置かれ（すなわち、図４の面の内または外に）または並べられるように、幾何学的に多重化され得る。１つまたは複数の積層ビーム４１９、４２１、４２３は、折返しミラー４２４、４２６を用いて偏光多重化され得る。代表的な例では、１つまたは複数の積層ビーム４１９、４２１、４２３は、複数の異なる波長で放出され、折返しミラー４２４、４２６は、二色性コーティングを有することで、対応する入射積層ビーム４１９、４２１、４２３を透過または反射する。いくつかの例では、副部材４０６は、スタンドオフ４３６、４３８を備え、副部材４０８は、スタンドオフ４４０、４４２を備え、それらは、導線４１０、４１２を有する１つまたは複数の回路を完成させるために１つまたは複数の内部の導電性部材を接続し、レーザダイオード組立体４１８、４２０、４２２に電流を供給するために使用され得る。いくつかの例では、導線４１０、４１２は、基礎部材４０２の他の位置に固定され得る。たとえば、電極の対または複数の対は、図４の副部材４０４、４０６、４０８の左側面から内部に結合され得る。副部材４０４、４０６、４０８は通常、平坦であり、積層ビーム伝播を妨害し得る側面部材を有さず、その結果、多様なサイズおよび構成のレーザダイオードパッケージが作成され、基礎部材４０２のフットプリントは、モジュール式に変更され得る。

図５は、レーザダイオードパッケージを形成する方法５００の一例を示す。５０２では、少なくとも１つの電極スタンドオフが、レーザダイオードパッケージの剛体の熱伝導性底板部材に固定され、少なくとも１つの導線の第１の端部が、少なくとも１つの電極スタンドオフに固定され、その結果、導線は、底板のフットプリントの外に延伸し、第２の端部はレーザダイオードパッケージの外に位置される。５０４では、レーザダイオードパッケージの側面を画定するように蓋部から延伸する複数の側面部を含み、レーザダイオードパッケージの外に延伸する少なくとも１つの導線を受けるように配置された、側面部のうちの少なくとも１つに少なくとも１つの導線開口を備える、蓋部材を用いて、レーザダイオードパッケージが囲まれる。取り囲むステップは通常、固定された少なくとも１つの導線の第２の端部を、少なくとも１つの導線開口を通して挿入するステップを含む。代表的な例では、５０６において、少なくとも１つのレーザダイオード組立体が、底板部材に固定され得る。５０８では、絶縁グロメットが、レーザダイオードパッケージの外に延伸する少なくとも１つの導線の周りに位置決めされ得て、グロメットは、導線開口において少なくとも１つの側面部および少なくとも１つの導線に固定され得る。いくつかの例では、５１０において、蓋部材の側面部は、底板部材に、エポキシ、締め具、または他の固定機構を用いて固定され得る。

開示された技術の原理を適用し得る、多くの可能な実施形態を考慮して、説明された実施形態は、代表的な例に過ぎず、本開示の範囲を制限するものと理解されるべきでないことを認識されたい。これらの章にて詳細に説明された代替物は、単に例示であり、本明細書で説明した実施形態に対する可能な代替物の全てを構成するものではない。たとえば、本明細書で説明したシステムの多様な構成要素は、機能および使用において組み合わされ得る。したがって、我々は、添付の請求項の範囲および精神内における全てを主張する。
［形態１］
少なくとも１つのレーザダイオード組立体を支持するために配置された基礎部材面を含む、剛体熱伝導性基礎部材を備えるレーザダイオードパッケージと、
少なくとも１つの導線を備える、前記基礎部材面に固定された少なくとも１つの電極スタンドオフであって、前記少なくとも１つの導線は、第１の端部および第２の端部を備え、前記第１の端部は前記電極スタンドオフの導線面に固定された、少なくとも１つの電極スタンドオフと、
蓋部および、前記レーザダイオードパッケージの側面を画定するように前記蓋部から延伸し前記基礎部材に固定されるように配置された複数の側面部を含む蓋部材と、
を備え、
前記側面部のうちの少なくとも１つは、前記固定された導線の前記第２の端部を受けるように配置された導線開口であって、前記蓋部材が前記基礎部材上に延在して前記レーザダイオードパッケージを囲むように、前記固定された導線が、前記導線開口を通して挿入可能である、前記導線開口を備える、装置。
［形態２］
形態１に記載の装置において、前記少なくとも１つの絶縁電極スタンドオフおよび前記少なくとも１つの導線は、第１の電極スタンドオフおよび第１の導線の対ならびに間隔を空けられた第２の電極スタンドオフおよび導線の対を備え、
前記少なくとも１つの側面部は、前記第１の導線に対応する第１の導線開口と、前記第２の導線に対応する第２の導線開口とを備える、側面部を含む、装置。
［形態３］
形態１に記載の装置において、前記レーザダイオードパッケージは、前記少なくとも１つの導線の前記第２の端部を受けるように配置された開口を画定する環状部材を含む電気絶縁グロメットを備え、
前記グロメットは、前記導線開口において前記少なくとも１つの側面部および前記少なくとも１つの導線に固定される、装置。
［形態４］
形態１に記載の装置において、前記レーザダイオードパッケージは、前記基礎部材に固定され、前記少なくとも１つのレーザダイオード組立体から放出されるレーザビームを受光するように前記レーザダイオードパッケージの内部領域に光学的に結合された光ファイバを備える、光学出力端子をさらに備える、装置。
［形態５］
形態４に記載の装置において、前記導線開口を備える前記少なくとも１つの側面部は、前記光ファイバ出力端子の形状に対応する形状を有する出力端子開口をさらに備える、装置。
［形態６］
形態４に記載の装置において、前記基礎部材が、前記基礎部材に固定された複数の副部材を備え、各副部材は、共通のフットプリントを有し、前記基礎部材面の少なくとも一部分を画定し、かつ各副部材は、前記副部材の数に基づいた、レーザダイオードパッケージ出力電力のスケーラビリティを提供するように、前記レーザダイオード組立体のうちの少なくとも１つを受けるように配置され、
前記少なくとも１つの電極スタンドオフは、第１の副部材に固定され、他の副部材は、前記レーザダイオードパッケージ内部で前記少なくとも１つの電極スタンドオフに固定された前記少なくとも１つの導線に電気的に結合された少なくとも１つの内部電極スタンドオフを備える、装置。
［形態７］
形態６に記載の装置において、前記複数の副部材は、第２の副部材を含み、前記それぞれの第１および第２の副部材の少なくとも１つのレーザダイオード組立体の各々が、ビームを放出し共通の方向に伝播する積層ビームを形成するように配置された複数のレーザダイオードを備え、前記積層ビームは、互いに平行で間隔を空けられた各ビームのスロー軸を有し、互いに位置合わせされた各ビームのファスト軸を有し、
前記積層ビームの前記共通の方向は、同一であり、前記積層ビームは、前記第１の副部材に固定された波長マルチプレクサまたは偏光マルチプレクサを用いて結合される、装置。
［形態８］
形態４に記載の装置において、前記少なくとも１つのレーザダイオード組立体のうちの１つまたは複数は、それぞれのレーザビームを第１の共通の方向に放出するように、取付けブロックの独立した階段上に配置された複数のレーザダイオードを備え、各レーザビームは、スロー軸が平行であり間隔を空けられ、ファスト軸が平行であり間隔を空けられるように配置された前記スロー軸および前記ファスト軸を有し、
前記少なくとも１つのレーザダイオード組立体のうちの前記１つまたは複数は、前記ファスト軸をコリメートするために、前記レーザビームのうちの１つにそれぞれ光学的に結合された複数のファスト軸コリメータと、前記スロー軸をコリメートするために、前記ファスト軸がコリメートされたレーザビームのうちの１つにそれぞれ光学的に結合された複数のスロー軸コリメータと、複数の折返しミラーとを、さらに備え、
前記複数の折返しミラーは、それぞれ、前記ファスト軸およびスロー軸がコリメートされたレーザビームのうちの１つに光学的に結合され、前記スロー軸が平行で間隔を空けられかつ前記ファスト軸が位置合わせされてレーザダイオード組立体の積層ビームを形成するように、前記ビームを第２の共通の方向に反射させ、
前記光学出力端子は、前記レーザダイオード組立体の積層ビームを前記光ファイバ内に光学的に結合させるように配置された、１つまたは複数の集束光学部を備える、装置。
［形態９］
形態８に記載の装置において、前記少なくとも１つのレーザダイオード組立体のうちの前記１つまたは複数は、第１のレーザダイオード組立体および第２のダイオード組立体を含み、前記第２のダイオード組立体の前記第１の共通の方向は、前記第１のレーザダイオード組立体の前記第１の共通の方向と逆方向である、装置。
［形態１０］
形態１に記載の装置において、前記レーザダイオードパッケージが、前記少なくとも１つのレーザダイオード組立体から放出されるレーザビームを受光し、前記レーザダイオードパッケージの外への前記レーザビームの自由空間伝播の出力を提供するように配置された光学出力端子をさらに備える、装置。
［形態１１］
形態１に記載の装置において、前記側面部が、前記基礎部材に、少なくとも部分的にエポキシを用いて可撓性をもつように固定された、装置。
［形態１２］
形態１に記載の装置において、前記側面部が、前記基礎部材に、少なくとも部分的に、エポキシ、溶接、はんだ、圧入、スナップ嵌め、ろう付け、または締め具のうちの１つまたは複数を用いて、可撓性をもつように固定された、装置。
［形態１３］
形態１１に記載の装置において、前記側面部が、第１の長さを有する対向側面部の第１の対と、前記第１の長さよりも長い第２の長さを有し、前記第１および第２の長さのそれぞれの端部で前記第１の対が接合するように前記第１の長さに直交する方向に延在する対向側面部の第２の対とを含み、
エポキシは、前記基礎部材と、前記第２の長さの中央部位近傍の前記第２の対との間に配置され、前記第２の長さの前記端部には存在しない、装置。
［形態１４］
形態１に記載の装置において、前記導線開口が、開放の導線開口を画定するように、前記蓋部の反対側の前記少なくとも１つの側面部の縁部へと延在する、装置。
［形態１５］
形態１に記載の装置において、前記蓋部材が、前記レーザダイオードパッケージの熱サイクルに関連付けられる前記基礎部材の反りを抑制するように、前記基礎部材に関連して選択された厚さを有する、装置。
［形態１６］
形態１に記載の装置において、前記蓋部材および前記基礎部材が、類似しない熱膨張係数を有する類似しない金属を含む、装置。
［形態１７］
形態１に記載の装置において、前記基礎部材が、銅または銅合金からなり、前記蓋部材が、アルミニウムからなる、装置。
［形態１８］
形態１に記載の装置において、前記蓋部材が、前記複数の側面部に対応する絞られた側面を有する深絞り金属素材である、装置。
［形態１９］
形態１に記載の装置において、前記蓋部材が、折り畳み、鋳造、機械加工、または３Ｄプリンタ加工の蓋部材である、装置。
［形態２０］
形態１に記載の装置において、前記レーザダイオード組立体が、１つの単一エミッタレーザダイオードを備える、装置。
［形態２１］
少なくとも１つの電極スタンドオフを、レーザダイオードパッケージの剛体の熱伝導性底板部材に固定し、少なくとも１つの導線の第１の端部を、前記少なくとも１つの電極スタンドオフに固定し、その結果、前記導線は、前記底板部材のフットプリントの外に延伸し、前記第２の端部が前記レーザダイオードパッケージの外に配置される、ステップと、
前記レーザダイオードパッケージの側面を画定するように蓋部から延伸する複数の側面部を含み、前記側面部のうちの少なくとも１つにおいて、前記レーザダイオードパッケージの外に延伸する前記少なくとも１つの導線を受けるように配置された少なくとも１つの導線開口を備える、蓋部材を用いて、前記レーザダイオードパッケージを囲むステップであって、前記固定された少なくとも１つの導線の前記第２の端部を、前記少なくとも１つの導線開口を通して挿入することを含む前記ステップとを
含む、方法。
［形態２２］
形態２１に記載の方法において、前記少なくとも１つの電極スタンドオフおよび前記少なくとも１つの導線は、第１の電気的スタンドオフおよび第１の導線の対、ならびに間隔を空けられた第２の電気的スタンドオフおよび第２の導線の対を備え、
前記少なくとも１つの側面部は、前記第１の導線を受けるように配置された第１の導線開口と、前記第２の導線を受けるように配置された第２の導線開口とを備える、側面部を含む、方法。
［形態２３］
形態２１に記載の方法において、絶縁グロメットを、前記レーザダイオードパッケージの外に延伸する前記少なくとも１つの導線の周りに位置決めし、前記グロメットを、前記導線開口において前記少なくとも１つの側面部および前記少なくとも１つの導線に固定するステップをさらに含む、方法。
［形態２４］
形態２１に記載の方法において、前記蓋部材の前記側面部を、前記底板部材に、エポキシを用いて固定するステップをさらに含む、方法。
［形態２５］
形態２１に記載の方法において、少なくとも１つのレーザダイオード組立体を、前記底板部材に固定するステップをさらに含む、方法。

Claims (26)

1. 少なくとも１つのレーザダイオード組立体を支持するために配置された基礎部材面を含む、単一の底板材料でできている剛体熱伝導性基礎部材を備えるレーザダイオードパッケージと、
   少なくとも１つの導線を備える、前記基礎部材面に固定された少なくとも１つの電極スタンドオフであって、前記少なくとも１つの導線は、第１の端部および第２の端部を備え、前記第１の端部は前記電極スタンドオフの導線面に固定された、少なくとも１つの電極スタンドオフと、
   蓋部および、前記レーザダイオードパッケージの側面を画定するように前記蓋部から延伸し前記基礎部材面に固定されるように配置された複数の側面部を含み、前記側面部が前記基礎部材に部分的に固定されている蓋部材であって、前記側面部と前記基礎部材との間の接触領域における非固定部分に沿う機械的な滑りを通じて、前記基礎部材が前記蓋部材とが独立に膨張及び収縮し、前記基礎部材の変形を低減するように、前記側面部が前記基礎部材に部分的に固定されている、前記蓋部材と、
   を備え、
   前記側面部のうちの少なくとも１つは、前記固定された導線の前記第２の端部を受けるように配置された導線開口であって、前記蓋部材が前記基礎部材上に延在し前記レーザダイオードパッケージを囲むように、前記固定された導線が、前記導線開口を通して挿入可能である、前記導線開口を備える、装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記少なくとも１つの電極スタンドオフおよび前記少なくとも１つの導線は、第１の電極スタンドオフおよび第１の導線の対ならびに間隔を空けられた第２の電極スタンドオフおよび第２の導線の対を備え、
   前記少なくとも１つの側面部は、前記第１の導線に対応する第１の導線開口と、前記第２の導線に対応する第２の導線開口とを備える、側面部を含む、装置。
3. 請求項１に記載の装置において、前記レーザダイオードパッケージは、前記少なくとも１つの導線の前記第２の端部を受けるように配置された開口を画定する環状部材を含む電気絶縁グロメットを備え、
   前記グロメットは、前記導線開口において前記少なくとも１つの側面部および前記少なくとも１つの導線に固定される、装置。
4. 請求項１に記載の装置において、前記レーザダイオードパッケージは、前記基礎部材に固定され、前記少なくとも１つのレーザダイオード組立体から放出されるレーザビームを受光するように前記レーザダイオードパッケージの内部領域に光学的に結合された光ファイバを備える、光学出力端子をさらに備える、装置。
5. 請求項４に記載の装置において、前記導線開口を備える前記少なくとも１つの側面部は、前記光ファイバ出力端子の形状に対応する形状を有する出力端子開口をさらに備える、装置。
6. 請求項４に記載の装置において、前記基礎部材が、前記基礎部材に固定された複数の副部材を備え、各副部材は、共通のフットプリントを有し、前記基礎部材面の少なくとも一部分を画定し、かつ各副部材は、前記副部材の数に基づいた、レーザダイオードパッケージ出力電力のスケーラビリティを提供するように、前記レーザダイオード組立体のうちの少なくとも１つを受けるように配置され、
   前記少なくとも１つの電極スタンドオフは、第１の副部材に固定され、他の副部材は、前記レーザダイオードパッケージ内部で前記少なくとも１つの電極スタンドオフに固定された前記少なくとも１つの導線に電気的に結合された少なくとも１つの内部電極スタンドオフを備える、装置。
7. 請求項６に記載の装置において、前記複数の副部材は、第２の副部材を含み、前記それぞれの第１および第２の副部材の少なくとも１つのレーザダイオード組立体が、ビームを放出し共通の方向に伝播する積層ビームを形成するように配置された複数のレーザダイオードを備え、前記積層ビームは、互いに平行で間隔を空けられた各ビームのスロー軸を有し、互いに位置合わせされた各ビームのファスト軸を有し、
   前記積層ビームの前記共通の方向は、同一であり、前記積層ビームは、前記第１の副部材に固定された波長マルチプレクサまたは偏光マルチプレクサを用いて結合される、装置。
8. 請求項４に記載の装置において、前記少なくとも１つのレーザダイオード組立体のうちの１つまたは複数は、それぞれのレーザビームを第１の共通の方向に放出するように、取付けブロックの独立した階段上に配置された複数のレーザダイオードを備え、各レーザビームは、スロー軸が平行であり間隔を空けられ、ファスト軸が平行であり間隔を空けられるように配置された前記スロー軸および前記ファスト軸を有し、
   前記少なくとも１つのレーザダイオード組立体のうちの前記１つまたは複数は、前記ファスト軸をコリメートするために、前記レーザビームのうちの１つにそれぞれ光学的に結合された複数のファスト軸コリメータと、前記スロー軸をコリメートするために、前記ファスト軸がコリメートされたレーザビームのうちの１つにそれぞれ光学的に結合された複数のスロー軸コリメータと、複数の折返しミラーとを、さらに備え、
   前記複数の折返しミラーは、それぞれ、前記ファスト軸およびスロー軸がコリメートされたレーザビームのうちの１つに光学的に結合され、前記スロー軸が平行で間隔を空けられかつ前記ファスト軸が位置合わせされてレーザダイオード組立体の積層ビームを形成するように、前記ビームを第２の共通の方向に反射させ、
   前記光学出力端子は、前記レーザダイオード組立体の積層ビームを前記光ファイバ内に光学的に結合させるように配置された、１つまたは複数の集束光学部を備える、装置。
9. 請求項８に記載の装置において、前記少なくとも１つのレーザダイオード組立体のうちの１つまたは複数は、第１のレーザダイオード組立体および第２のダイオード組立体を含み、前記第２のダイオード組立体の前記第１の共通の方向は、前記第１のレーザダイオード組立体の前記第１の共通の方向と逆方向である、装置。
10. 請求項１に記載の装置において、前記レーザダイオードパッケージが、前記少なくとも１つのレーザダイオード組立体から放出されるレーザビームを受光し、前記レーザダイオードパッケージの外への前記レーザビームの自由空間伝播の出力を提供するように配置された光学出力端子をさらに備える、装置。
11. 請求項１に記載の装置において、前記側面部が、前記基礎部材に、部分的にエポキシを用いて可撓性をもつように固定された、装置。
12. 請求項１に記載の装置において、前記側面部が、前記基礎部材に、部分的に、エポキシ、溶接、はんだ、圧入、スナップ嵌め、またはろう付けのうちの１つまたは複数を用いて、可撓性をもつように固定された、装置。
13. 請求項１１に記載の装置において、前記側面部が、第１の長さを有する対向側面部の第１の対と、前記第１の長さよりも長い第２の長さを有し、前記第１および第２の長さのそれぞれの端部で前記第１の対が接合するように前記第１の長さに直交する方向に延在する対向側面部の第２の対とを含み、
    エポキシは、前記基礎部材と、前記第２の長さの中央部位近傍の前記第２の対との間に配置され、前記第２の長さの前記端部には存在しない、装置。
14. 請求項１に記載の装置において、前記導線開口が、開放の導線開口を画定するように、前記蓋部の反対側の前記少なくとも１つの側面部の縁部へと延在する、装置。
15. 請求項１に記載の装置において、前記蓋部材が、前記レーザダイオードパッケージの熱サイクルに関連付けられる前記基礎部材の反りを抑制するように、前記基礎部材に関連して選択された厚さを有する、装置。
16. 請求項１に記載の装置において、前記蓋部材および前記基礎部材が、異なる熱膨張係数を有する異なる金属を含む、装置。
17. 請求項１に記載の装置において、前記基礎部材が、銅または銅合金からなり、前記蓋部材が、アルミニウムからなる、装置。
18. 請求項１に記載の装置において、前記蓋部材が、前記複数の側面部に対応する絞られた側面を有する深絞り金属素材である、装置。
19. 請求項１に記載の装置において、前記蓋部材が、折り畳み、鋳造、機械加工、または３Ｄプリンタ加工の蓋部材である、装置。
20. 請求項１に記載の装置において、前記レーザダイオード組立体が、１つの単一エミッタレーザダイオードを備える、装置。
21. 少なくとも１つの電極スタンドオフを、レーザダイオードパッケージの、単一の材料でできている剛体の熱伝導性底板部材に固定し、少なくとも１つの導線の第１の端部を、前記少なくとも１つの電極スタンドオフに固定し、その結果、前記導線は、前記底板部材のフットプリントの外に延伸し、第２の端部が前記レーザダイオードパッケージの外に配置される、ステップと、
    前記レーザダイオードパッケージの側面を画定するように蓋部から延伸する複数の側面部を含み、前記側面部のうちの少なくとも１つにおいて、前記レーザダイオードパッケージの外に延伸する前記少なくとも１つの導線を受けるように配置された少なくとも１つの導線開口を備える、蓋部材を用いて、前記底板部材に前記蓋部材を少なくとも部分的に結合させ、前記蓋部材と前記底板部材との間の接触領域における非固定部分に沿う機械的な滑りを通じて、前記底板部材が前記蓋部材とが独立に膨張及び収縮し、前記基礎部材の変形を低減するように、前記レーザダイオードパッケージを囲むステップであって、前記側面部が前記底板部材に接触するように、前記固定された少なくとも１つの導線の前記第２の端部を、前記少なくとも１つの導線開口を通して挿入することを含む前記ステップとを
    含む、方法。
22. 請求項２１に記載の方法において、前記少なくとも１つの電極スタンドオフおよび前記少なくとも１つの導線は、第１の電気的スタンドオフおよび第１の導線の対、ならびに間隔を空けられた第２の電気的スタンドオフおよび第２の導線の対を備え、
    前記少なくとも１つの側面部は、前記第１の導線を受けるように配置された第１の導線開口と、前記第２の導線を受けるように配置された第２の導線開口とを含む、方法。
23. 請求項２１に記載の方法において、絶縁グロメットを、前記レーザダイオードパッケージの外に延伸する前記少なくとも１つの導線の周りに位置決めし、前記グロメットを、前記導線開口において前記少なくとも１つの側面部および前記少なくとも１つの導線に固定するステップをさらに含む、方法。
24. 請求項２１に記載の方法において、前記蓋部材の前記側面部を、前記底板部材に、エポキシを用いて固定するステップをさらに含む、方法。
25. 請求項２１に記載の方法において、少なくとも１つのレーザダイオード組立体を、前記底板部材に固定するステップをさらに含む、方法。
26. 請求項２１から２５の何れかに記載の方法において、前記蓋部材が、鋳折り畳み、鋳造、機械加工、または３Ｄプリンタ加工の蓋部材である、方法。

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