JP7382498B2 - Packages for high power laser devices - Google Patents

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Description

(関連出願)
本願は、その開示全体が参照することによって本明細書に組み込まれる2019年10月16日に出願された米国特許出願第16/654,339号の利益および優先権を主張する。
(技術分野)
(Related application)
This application claims the benefit and priority of U.S. Patent Application No. 16/654,339, filed October 16, 2019, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.
(Technical field)

種々の実施形態において、本発明は、レーザダイオードおよびレーザダイオードバー等のレーザデバイス、具体的に、そのようなレーザデバイスをパッケージ化するための装置に関する。 In various embodiments, the present invention relates to laser devices, such as laser diodes and laser diode bars, and specifically to apparatus for packaging such laser devices.

高出力レーザシステムが、溶接、切断、穿孔、および材料処理等の多数の異なる用途のために利用されている。そのようなレーザシステムは、典型的に、レーザエミッタ(それからのレーザ光が光ファイバ(または単に「ファイバ」)の中に結合される)と、ファイバから処理されるべき工作物上にレーザ光を集中させる光学システムとを含む。波長ビーム合成(WBC)は、レーザダイオード、レーザダイオードバー、ダイオードバーのスタック、または、1または2次元アレイに配置された他のレーザからの出力電力および輝度をスケーリングするための技法である。WBC方法は、エミッタのアレイの一方または両方の次元に沿ってビームを組み合わせるために開発されてきた。典型的WBCシステムは、1つ以上のダイオードバー等の複数のエミッタを含み、それらは、多波長ビームを形成するために、分散要素を使用して組み合わせられる。WBCシステム内の各エミッタは、個別に共振し、共通の部分的反射出力結合器からの波長特有のフィードバックを通して安定させられ、結合器は、ビーム合成次元に沿って分散要素によってフィルタ処理される。例示的WBCシステムは、2000年2月4日に出願された米国特許第6,192,062号(特許文献1)、1998年9月8日に出願された米国特許第6,208,679号、2011年8月25日に出願された米国特許第8,670,180号、および2011年3月7日に出願された米国特許第8,559,107号(それぞれの開示全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる)に詳述される。 High power laser systems are utilized for many different applications such as welding, cutting, drilling, and material processing. Such laser systems typically include a laser emitter from which the laser light is coupled into an optical fiber (or simply "fiber") and a laser light beam from the fiber onto the workpiece to be processed. and a focusing optical system. Wavelength beam combining (WBC) is a technique for scaling the output power and brightness from a laser diode, laser diode bar, stack of diode bars, or other laser arranged in a one- or two-dimensional array. WBC methods have been developed to combine beams along one or both dimensions of an array of emitters. A typical WBC system includes multiple emitters, such as one or more diode bars, that are combined using dispersive elements to form a multi-wavelength beam. Each emitter in the WBC system is individually resonant and stabilized through wavelength-specific feedback from a common partially reflective output coupler, which is filtered by a dispersive element along the beam combining dimension. Exemplary WBC systems are disclosed in U.S. Pat. No. 6,192,062, filed February 4, 2000, and U.S. Pat. , U.S. Pat. No. 8,670,180, filed Aug. 25, 2011, and U.S. Pat. (herein incorporated by reference).

WBC等の技法が、多種多様な用途のためのレーザベースのシステムを生産することに成功しているが、そのようなシステムのより広い採用は、これまで以上に高いレベルのレーザ出力電力の需要をもたらしている。典型的に、より高いレーザ出力は、ますます高い電流におけるレーザダイオードの駆動を伴い、それは、より高い動作温度、および温度ベースの信頼性課題を防止することを目的としている同時熱管理課題をもたらす。高出力レーザシステムのためのレーザは、例えば、2015年3月24日に出願された米国特許第9,178,333号(特許文献2)(その開示全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる)に説明されるように、高熱伝導性のマウントを利用してパッケージ化されており、マウントは、それを通した冷却流体の流動のための封入通路を画定し得る。しかしながら、そのような解決策でさえも、高出力レーザシステムにおいて生じる熱管理問題の全てに完全には対処しないこともある。さらに、機械的安定性、応力、および腐食(例えば、冷却流体によって引き起こされる)等のパッケージ化関連問題が、高出力レーザシステムにおいて生じ得る。したがって、そのようなデバイスのための熱的、機械的、および電気的必要性に対処する高出力レーザのための改良されたパッケージ化システムの必要性が存在する。 While techniques such as WBC have been successful in producing laser-based systems for a wide variety of applications, wider adoption of such systems will require ever-higher levels of laser output power. is bringing about. Higher laser power typically involves driving the laser diode at increasingly higher currents, which results in higher operating temperatures and simultaneous thermal management challenges that are intended to prevent temperature-based reliability challenges. . Lasers for high power laser systems are disclosed, for example, in US Pat. No. 9,178,333, filed March 24, 2015, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference (Incorporated) is packaged utilizing a highly thermally conductive mount that may define an enclosed passageway for the flow of a cooling fluid therethrough. However, even such solutions may not completely address all of the thermal management issues that arise in high power laser systems. Additionally, packaging-related issues such as mechanical stability, stress, and corrosion (eg, caused by cooling fluids) can occur in high-power laser systems. Therefore, a need exists for improved packaging systems for high power lasers that address the thermal, mechanical, and electrical needs for such devices.

米国特許第6,192,062号明細書US Patent No. 6,192,062 米国特許第9,178,333号明細書US Patent No. 9,178,333

本発明の実施形態によると、レーザダイオードバー等のレーザエミッタが、デバイスの機械的、熱的、および電気的性能を改良するように設計されたマルチ構成要素パッケージとともに利用される。本発明の実施形態は、レーザエミッタのための2部品アノード冷却器を特徴とし、アノード冷却器の2つの部分は、腐食および機械的変形等の悪影響にも抵抗しながら、レーザエミッタの液体冷却の有効性を最適化するように設計される。本発明の実施形態は、レーザエミッタから追加の熱を奪い、デバイスの熱的特性をさらに改良するように、レーザエミッタの上に配置される(および/またはそれと熱的に接触する、および/または機械的に接触する)随意のカソード冷却器も含み得る。 According to embodiments of the invention, a laser emitter, such as a laser diode bar, is utilized with a multi-component package designed to improve the mechanical, thermal, and electrical performance of the device. Embodiments of the invention feature a two-part anode cooler for the laser emitter, where the two parts of the anode cooler provide liquid cooling for the laser emitter while also resisting adverse effects such as corrosion and mechanical deformation. Designed to optimize effectiveness. Embodiments of the present invention are located above (and/or in thermal contact with) the laser emitter so as to remove additional heat from the laser emitter and further improve the thermal properties of the device. An optional cathode cooler (mechanical contact) may also be included.

種々の実施形態において、アノード冷却器は、底部アノード冷却器と、それの上に配置された上部アノード冷却器とを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り、上部アノード冷却器は、レーザエミッタと直接接触する。底部アノード冷却器は、レーザエミッタの直接下にある上部アノード冷却器の受け取り部分に向かって上向きに冷却流体(例えば、水)を方向付ける貫通孔またはノズルのアレイを特徴とする能動的冷却部分を含み得る。上部アノード冷却器のこの部分上の冷却流体の衝突は、レーザエミッタの動作中に温度制御を提供する。冷却は、動作中にレーザエミッタのより低い接合部温度を可能にし、それによって、デバイスの改良された信頼性を提供し、および/またはより高い電力出力のための高い電流レベルにおけるレーザエミッタの動作を可能にする。 In various embodiments, the anode cooler includes, consists essentially of, or consists of a bottom anode cooler and a top anode cooler disposed thereon; is in direct contact with the laser emitter. The bottom anode cooler has an active cooling section that features an array of through holes or nozzles that direct cooling fluid (e.g., water) upward toward the receiving portion of the top anode cooler directly below the laser emitter. may be included. Impingement of cooling fluid on this portion of the upper anode cooler provides temperature control during operation of the laser emitter. Cooling allows for lower junction temperatures of the laser emitter during operation, thereby providing improved reliability of the device and/or operation of the laser emitter at higher current levels for higher power output. enable.

上部アノード冷却器の受け取り部分の裏面は、底部アノード冷却器から出現し、上部アノード冷却器に衝突する冷却噴出の有効性を改良するために修正され得る。例えば、上部アノード冷却器のこの衝突表面は、それを通して対流が生じる接触の面積を増加させるように、冷却乱流への冷却流体の移行を加速するように、冷却流体の混合および循環を促進するように、および/または、冷却流体噴出における任意の境界層を妨害するように、非平面的であり得、および/または、テクスチャ加工または成形され得る。例えば、衝突表面は、デバイスの熱的性能を改良するために、スタッド、溝、および/またはくぼみのパターンを組み込み得る。上部アノード冷却器は、パターン化された衝突表面によって生成される熱抵抗の減少を実質的に維持しながら、上部アノード冷却器の機械的強度(例えば、機械的変形に対するその抵抗)を改良する補強支柱も組み込み得る。そのような支柱は、衝突表面の少なくとも一部が極めて薄いことを可能にし、それによって、上に重なるレーザエミッタの冷却を改良し得る。種々の実施形態において、補強支柱は、底部アノード冷却器に形成される。例えば、支柱が、形成され、冷却流体噴出を形成するように底部アノード冷却器に形成される貫通孔またはノズルの上方に突出し得る。 The back side of the receiving portion of the top anode cooler can be modified to improve the effectiveness of the cooling jets emerging from the bottom anode cooler and impinging on the top anode cooler. For example, this impingement surface of the upper anode cooler facilitates the mixing and circulation of the cooling fluid, so as to increase the area of contact through which convection occurs, so as to accelerate the transition of the cooling fluid into cooling turbulence. It may be non-planar and/or textured or shaped so as to interfere with any boundary layer in the cooling fluid jet. For example, the impact surface may incorporate a pattern of studs, grooves, and/or indentations to improve the thermal performance of the device. The upper anode cooler has reinforcements that improve the mechanical strength of the upper anode cooler (e.g., its resistance to mechanical deformation) while substantially maintaining the reduction in thermal resistance produced by the patterned impingement surface. Supports may also be incorporated. Such struts may allow at least a portion of the impingement surface to be extremely thin, thereby improving cooling of the overlying laser emitter. In various embodiments, reinforcing struts are formed in the bottom anode cooler. For example, struts may be formed and protrude above through-holes or nozzles formed in the bottom anode cooler to form cooling fluid jets.

種々の実施形態において、上部および底部アノード冷却器、または冷却流体が直接接触するその少なくとも一部は、移動する冷却流体に起因する浸食および冷却流体との反応によって引き起こされる腐食の両方に抵抗する1つ以上の材料を含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成る。例えば、本発明の実施形態は、約10m/秒またはさらに高い速度において進行する冷却流体の噴出を利用し得、そのような高速流体(例えば、水)は、アルミニウムまたは銅等の従来のヒートシンク材料を浸食し、および/または、腐食させ得る。これらの材料は、好ましくは、動作、パッケージ化、および貯蔵の間の変形に抵抗するように、機械的に頑丈かつ堅くあるとともに、少なくとも若干導電性でもある。材料は、レーザエミッタ自体の材料のそれら、例えば、GaAs(6~8ppmのCTE)またはInP(4~5ppmのCTE)に実質的に合致する熱膨張係数(CTE)を有し得る。種々の実施形態において、上部および/または底部アノード冷却器の材料は、約0.5ppm~約12ppmに及ぶCTEを有し、それによって、レーザデバイスの動作中の低いサイクル疲労およびパッケージプロセス自体の間の低い応力を可能にする。種々の実施形態において、上部および/または底部アノード冷却器の材料は、約0.5ppm~約4ppmに及ぶ、または約6ppm~約10ppmに及ぶCTEを有する。種々の実施形態において、上部または底部アノード冷却器のうちの一方が、約0.5ppm~約4ppmに及ぶ(または約2ppm~約4ppmに及ぶ)CTEを有する一方、他方のものは、約6ppm~約10ppmに及ぶ(または約6ppm~約8ppmに及ぶ)CTEを有する。 In various embodiments, the top and bottom anode coolers, or at least the portions thereof with which the cooling fluid is in direct contact, resist both erosion caused by the moving cooling fluid and corrosion caused by reaction with the cooling fluid. comprising, consisting essentially of, or consisting of one or more materials. For example, embodiments of the present invention may utilize jets of cooling fluid traveling at a velocity of about 10 m/sec or even higher, such high velocity fluid (e.g., water) dissolving traditional heat sink materials such as aluminum or copper. may erode and/or corrode. These materials are preferably mechanically robust and rigid to resist deformation during operation, packaging, and storage, and are also at least somewhat electrically conductive. The material may have a coefficient of thermal expansion (CTE) that substantially matches that of the material of the laser emitter itself, such as GaAs (6-8 ppm CTE) or InP (4-5 ppm CTE). In various embodiments, the top and/or bottom anode cooler material has a CTE ranging from about 0.5 ppm to about 12 ppm, thereby providing low cycle fatigue during operation of the laser device and during the packaging process itself. allows for low stress. In various embodiments, the top and/or bottom anode cooler material has a CTE ranging from about 0.5 ppm to about 4 ppm, or from about 6 ppm to about 10 ppm. In various embodiments, one of the top or bottom anode coolers has a CTE ranging from about 0.5 ppm to about 4 ppm (or ranging from about 2 ppm to about 4 ppm), while the other has a CTE ranging from about 6 ppm to about 4 ppm. It has a CTE ranging from about 10 ppm (or ranging from about 6 ppm to about 8 ppm).

例示的実施形態において、上部および/または底部アノード冷却器の全てまたは一部は、銅およびタングステンの合金(CuW)、タングステン、炭化タングステン(WC)、アルミナ、ムライト、ダイヤモンド、または炭化ケイ素(SiC)(例えば、単結晶SiC)等の1つ以上の材料を含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成る。種々の実施形態において、上部および/または底部アノード冷却器の全てまたは一部は、アルミニウム、銅、またはステンレス鋼等の別の材料を含むか、本質的にそれらから成り、またはそれらから成り、上部および/または底部アノード冷却器の少なくとも一部は、CuW、タングステン、WC、アルミナ、ムライト、ダイヤモンド、またはSiC等の1つ以上の材料のコーティングでコーティングされる。種々の実施形態において、上部アノード冷却器および底部アノード冷却器は、異なる材料を含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成る。例えば、種々の実施形態において、上部アノード冷却器が、SiCを含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成る一方、底部アノード冷却器は、アルミナを含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成る。種々の実施形態において、上部および/または底部アノード冷却器は、電気絶縁し、および/または、1つ以上の金属を含まないか、本質的にそれらから成らないか、またはそれらから成らない。そのような実施形態の1つの利益は、それによって冷却されているビームエミッタを損傷し得るアノード冷却器を通した疑似電荷伝導の排除である。 In an exemplary embodiment, all or a portion of the top and/or bottom anode cooler is made of copper and tungsten alloy (CuW), tungsten, tungsten carbide (WC), alumina, mullite, diamond, or silicon carbide (SiC). comprising, consisting essentially of, or consisting of one or more materials such as (eg, single crystal SiC). In various embodiments, all or a portion of the top and/or bottom anode coolers include, consist essentially of, or consist of another material such as aluminum, copper, or stainless steel; and/or at least a portion of the bottom anode cooler is coated with a coating of one or more materials such as CuW, tungsten, WC, alumina, mullite, diamond, or SiC. In various embodiments, the top anode cooler and the bottom anode cooler include, consist essentially of, or consist of different materials. For example, in various embodiments, the top anode cooler comprises, consists essentially of, or consists of SiC, while the bottom anode cooler comprises, consists essentially of, or consists of alumina. consists of it. In various embodiments, the top and/or bottom anode coolers are electrically insulating and/or free of, essentially free of, or free of one or more metals. One benefit of such an embodiment is the elimination of spurious charge conduction through the anode cooler that could thereby damage the beam emitter being cooled.

本明細書で利用されるように、高い熱伝導率を伴う材料または「熱伝導性材料」は、少なくとも100ワット毎メートル毎ケルビン(W・m-1・K-1)、少なくとも170W・m-1・K-1、少なくとも200W・m-1・K-1、少なくとも250W・m-1・K-1、またはさらに少なくとも300W・m-1・K-1の熱伝導率を有する。本明細書で利用されるように、高い電気伝導率を伴う材料または「導電性材料」は、例えば、20℃において、少なくとも1×10ジーメンス毎メートル(S/m)、少なくとも1×10S/m、またはさらに少なくとも1×10S/mの電気伝導率を有する。本明細書で利用されるように、高い電気抵抗率を伴う材料または「電気絶縁材料」は、少なくとも1×10オーム・メートル(Ω・m)、少なくとも1×1010Ω・m、またはさらに少なくとも1×1012Ω・mの電気抵抗率を有する。 As utilized herein, a material with a high thermal conductivity or "thermally conductive material" is a material with a high thermal conductivity of at least 100 Watts per meter per Kelvin (W m -1 K -1 ), at least 170 W m - 1 ·K −1 , at least 200 W·m −1 ·K −1 , at least 250 W·m −1 ·K −1 , or even at least 300 W·m −1 ·K −1 . As utilized herein, a material with high electrical conductivity or "conductive material" is, for example, at least 1 x 10 5 Siemens per meter (S/m), at least 1 x 10 6 Siemens per meter (S/m) at 20°C. S/m, or even at least 1×10 7 S/m. As utilized herein, a material with a high electrical resistivity or “electrically insulating material” has a resistivity of at least 1×10 8 ohm-meters (Ω·m), at least 1×10 10 Ω·m, or even It has an electrical resistivity of at least 1×10 12 Ω·m.

本発明の実施形態によるレーザデバイスは、高輝度で低ビームパラメータ積(BPP)のレーザシステムを形成するために、WBCシステム内で利用され得る。BPPは、レーザビームの発散角(半角)とその最も狭い点(すなわち、ビームウェスト、最小スポットサイズ)におけるビームの半径との積である。BPPは、レーザビームの品質およびそれが小さいスポットに集中させられ得る程度を定量化し、典型的に、ミリメートル-ミリラジアン(mm-mrad)の単位で表される。ガウスビームは、piによって除算されるレーザ光の波長によって求められる可能な限り最も低いBPPを有する。同一の波長における理想的ガウスビームのBPPに対する実際のビームのBPPの比は、ビーム品質の波長非依存性測定値であるMまたは「ビーム品質係数」で表され、「最良の」品質は、1の「最も低い」ビーム品質係数に対応する。 Laser devices according to embodiments of the invention may be utilized in WBC systems to form high brightness, low beam parameter product (BPP) laser systems. BPP is the product of the divergence angle (half angle) of the laser beam and the radius of the beam at its narrowest point (ie, beam waist, minimum spot size). BPP quantifies the quality of a laser beam and the extent to which it can be focused into a small spot and is typically expressed in units of millimeters-milliradians (mm-mrad). A Gaussian beam has the lowest possible BPP as determined by the wavelength of the laser light divided by pi. The ratio of the BPP of a real beam to the BPP of an ideal Gaussian beam at the same wavelength is expressed as M2 or the "beam quality factor", which is a wavelength-independent measure of beam quality, and the "best" quality is Corresponds to a "lowest" beam quality factor of 1.

当業者に公知であるように、レーザは、概して、光の誘導放出を通して可視または不可視光を発生させるデバイスとして定義される。レーザは、概して、それらを上で述べられるような種々の用途で有用にする特性を有する。一般的なレーザタイプは、半導体レーザ(例えば、レーザダイオードおよびダイオードバー)、固体レーザ、ファイバレーザ、およびガスレーザを含む。レーザダイオードは、概して、光子(光)の放出を支持する単純なダイオード構造に基づく。しかしながら、効率、電力、ビーム品質、輝度、同調性等を改良するために、この単純な構造は、概して、種々の多くの実用的なタイプのレーザダイオードを提供するように修正される。レーザダイオードタイプは、高いビーム品質を伴うビームにおいて数ミリワットからおよそ半ワットまでの出力電力を発生させる小型縁発光型の種類を含む。ダイオードレーザの構造タイプは、2つの高バンドギャップ層間に挟まれた低バンドギャップ材料の層を含む二重ヘテロ構造レーザ;レーザのエネルギーの高い効率および量子化をもたらす非常に薄い中間層(量子井戸層)を含む量子井戸レーザ;利得特性を改良する1つを上回る量子井戸層を含む複数の量子井戸レーザ;中間層をワイヤまたはより高い効率の量子井戸レーザを生成するドットと置換する量子ワイヤまたは量子海(ドット)レーザ;量子層の厚さを改変することによって同調され得る比較的に長い波長においてレーザ作用を可能にする量子カスケードレーザ;最も一般的な商業用レーザダイオードであり、生成される光を効率的に閉じ込めるように量子井戸層の上方および下方に別の2つの層を含む別個の閉じ込めヘテロ構造レーザ;要求の厳しい光学通信用途で一般的に使用され、利得領域に戻るように単一の波長を反射することによって製造中に安定した波長セットを発生させることを促進する統合回折格子を含む分散フィードバックレーザ;光がその縁ではなく、その表面から放出されるという点で他のレーザダイオードと異なる構造を有する垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL);および、主に二重ヘテロ構造ダイオードを使用し、格子または多重プリズム格子構成を含む同調可能なレーザである垂直外部キャビティ面発光レーザ(VECSEL)および外部キャビティダイオードレーザを含む。外部キャビティダイオードレーザは、多くの場合、波長同調可能であり、小さい輝線幅を示す。レーザダイオードタイプは、縦長出力ファセットを伴うマルチモードダイオードによって特徴付けられ、概して、不良なビーム品質を有するが、数ワットの電力を発生させる広域レーザ;広域レーザと比較すると、改良されたビーム品質および輝度を示すテーパ状出力ファセットを伴う非点収差モードダイオードによって特徴付けられるテーパ状レーザ;長円形の出力ファセットを伴う楕円形モードダイオードよって特徴付けられるリッジ導波管レーザ;および、出力ファセットを伴う円形モードダイオードによって特徴付けられ、略円形の外形を伴う回折限界ビームにおいてワットレベル出力を発生させ得るスラブ結合型光導波路レーザ(SCOWL)を含む種々の高出力ダイオードベースのレーザも含む。 As known to those skilled in the art, a laser is generally defined as a device that generates visible or invisible light through stimulated emission of light. Lasers generally have properties that make them useful in a variety of applications such as those mentioned above. Common laser types include semiconductor lasers (eg, laser diodes and diode bars), solid state lasers, fiber lasers, and gas lasers. Laser diodes are generally based on a simple diode structure that supports the emission of photons (light). However, to improve efficiency, power, beam quality, brightness, tunability, etc., this simple structure is generally modified to provide a variety of many practical types of laser diodes. Laser diode types include small edge-emitting types that produce output power from a few milliwatts to approximately half a watt in a beam with high beam quality. The structure type of diode lasers is a double heterostructure laser that includes a layer of low bandgap material sandwiched between two high bandgap layers; a very thin intermediate layer (quantum well) that provides high efficiency and quantization of the laser's energy. a quantum well laser comprising more than one quantum well layer to improve the gain characteristics; a quantum well laser comprising more than one quantum well layer to improve the gain characteristics; a quantum wire or to replacing the intermediate layer with a wire or dot to produce a higher efficiency quantum well laser quantum sea (dot) laser; quantum cascade laser that allows lasing at relatively long wavelengths that can be tuned by modifying the thickness of the quantum layer; the most common commercial laser diode and produced A separate confinement heterostructure laser that includes two layers above and below a quantum well layer to efficiently confine light; commonly used in demanding optical communications applications, with a simple A distributed feedback laser containing an integrated grating that facilitates generating a stable set of wavelengths during manufacturing by reflecting one wavelength; another laser in that light is emitted from its surface rather than its edges; Vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs), which have a structure different from diodes; and vertical external cavity surface emitting lasers (VECSELs), which are tunable lasers that primarily use double heterostructure diodes and include a grating or multi-prism grating configuration. ) and external cavity diode lasers. External cavity diode lasers are often wavelength tunable and exhibit small emission linewidths. Laser diode types are characterized by multimode diodes with elongated output facets and generally have poor beam quality, but broad-area lasers that generate several watts of power; compared with broad-area lasers, improved beam quality and Tapered lasers characterized by astigmatic mode diodes with tapered output facets exhibiting brightness; ridge waveguide lasers characterized by elliptical mode diodes with oblong output facets; and circular with output facets It also includes a variety of high power diode-based lasers, including slab-coupled optical waveguide lasers (SCOWLs), which are characterized by mode diodes and can generate Watt-level output in a diffraction-limited beam with a generally circular profile.

ダイオードレーザバーは、広域エミッタの1次元アレイを含むか、または代替として、例えば、10~20個の狭ストライプエミッタを含むサブアレイを含む半導体レーザのタイプである。広域ダイオードバーは、典型的に、例えば、各々が約1μm×100μmの寸法を有する、例えば、19~49個のエミッタを含む。1μm寸法または高速軸に沿ったビーム品質は、典型的に、回折限定される。100μm寸法または低速軸またはアレイ寸法に沿ったビーム品質は、典型的に、何倍も回折限定される。典型的に、商業用途のためのダイオードバーは、約1~4mmのレーザ共振器長さを有し、幅約10mmであり、数十ワットの出力電力を発生させる。殆どのダイオードバーは、780~1,070nmの波長領域内で動作し、(ネオジムレーザを励起するための)808nmおよび(Yb:YAGを励起するための)940nmの波長が、最も顕著である。915~976nmの波長範囲が、エルビウムドープまたはイッテルビウムドープ高出力ファイバレーザおよび増幅器を励起するために使用される。 A diode laser bar is a type of semiconductor laser that includes a one-dimensional array of broad-area emitters or, alternatively, a subarray that includes, for example, 10 to 20 narrow stripe emitters. Broad area diode bars typically include, for example, 19 to 49 emitters, each having dimensions of approximately 1 μm by 100 μm. Beam quality along the 1 μm dimension or fast axis is typically diffraction limited. Beam quality along the 100 μm dimension or slow axis or array dimension is typically many times diffraction limited. Typically, a diode bar for commercial applications has a laser cavity length of about 1-4 mm, is about 10 mm wide, and produces an output power of several tens of watts. Most diode bars operate within the wavelength range of 780-1,070 nm, with wavelengths of 808 nm (for pumping neodymium lasers) and 940 nm (for pumping Yb:YAG) being the most prominent. The wavelength range of 915-976 nm is used to pump erbium-doped or ytterbium-doped high-power fiber lasers and amplifiers.

本発明の実施形態は、1つ以上の入力レーザビーム(例えば、本明細書に詳述されるようにパッケージ化されるレーザデバイスによって放出される)を光ファイバの中に結合する。種々の実施形態において、光ファイバは、単一のコアを包囲する複数のクラッディング層、単一のクラッディング層内の複数の別々のコア領域(または「コア」)、または複数のクラッディング層によって包囲される複数のコアを有する。 Embodiments of the invention couple one or more input laser beams (eg, emitted by a laser device packaged as detailed herein) into an optical fiber. In various embodiments, the optical fiber includes multiple cladding layers surrounding a single core, multiple separate core regions (or "cores") within a single cladding layer, or multiple cladding layers. It has multiple cores surrounded by.

本明細書では、「光学要素」は、電磁放射線を再方向付けること、反射すること、曲げること、または任意の他の様式で光学的に操作することを行うレンズ、ミラー、プリズム、格子等のうちのいずれかを指し得る。本明細書では、ビームエミッタ、エミッタ、またはレーザエミッタ、またはレーザは、電磁ビームを発生させるが、自己共振型であることも、そうではないこともある半導体要素等の任意の電磁ビーム発生デバイスを含む。これらはまた、ファイバレーザ、ディスクレーザ、非固体レーザ等も含む。概して、各エミッタは、後反射面と、少なくとも1つの光学利得媒体と、前反射面とを含む。光学利得媒体は、電磁スペクトルのいずれの特定の部分にも限定されないが、可視、赤外線、および/または紫外線光であり得る電磁放射線の利得を増加させる。エミッタは、複数のビームを放出するように構成されるダイオードバー等の複数のビームエミッタを含み得るか、または本質的にそれらから成り得る。本明細書の実施形態において受け取られる入力ビームは、当業者に公知である種々の技法を使用して組み合わせられる単波長または多波長ビームであり得る。加えて、本明細書の「レーザ」、「レーザエミッタ」、または「ビームエミッタ」の言及は、単一ダイオードレーザだけではなく、ダイオードバー、レーザアレイ、ダイオードバーアレイ、および単一の垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL)またはそのアレイも含む。 As used herein, "optical element" refers to a lens, mirror, prism, grating, etc. that redirects, reflects, bends, or optically manipulates electromagnetic radiation in any other manner. It can refer to any one of them. As used herein, beam emitter, emitter, or laser emitter or laser refers to any electromagnetic beam generating device, such as a semiconductor element, which generates an electromagnetic beam and which may or may not be self-resonant. include. These also include fiber lasers, disk lasers, non-solid state lasers, etc. Generally, each emitter includes a back reflective surface, at least one optical gain medium, and a front reflective surface. Optical gain media increase the gain of electromagnetic radiation, which can be visible, infrared, and/or ultraviolet light, but is not limited to any particular portion of the electromagnetic spectrum. The emitter may include or consist essentially of multiple beam emitters, such as diode bars configured to emit multiple beams. The input beams received in embodiments herein may be single wavelength or multiwavelength beams that are combined using various techniques known to those skilled in the art. In addition, references herein to "laser," "laser emitter," or "beam emitter" refer not only to single diode lasers, but also to diode bars, laser arrays, diode bar arrays, and single vertical cavity planes. Also includes light emitting lasers (VCSELs) or arrays thereof.

ある側面では、本発明の実施形態は、底部アノード冷却器と、上部アノード冷却器とを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成るレーザパッケージを特徴とする。底部アノード冷却器は、少なくとも部分的にそれを通して、ポートを通して冷却流体の噴出を形成するための複数のポートを画定する。上部アノード冷却器は、底部アノード冷却器の上方に配置される。上部アノード冷却器は、その上にレーザエミッタを受け取るためのレーザプラットフォームを備えているか、または画定する。上部アノード冷却器は、その中に凹所を画定する。凹所は、レーザプラットフォームの下に配置される。凹所は、底部アノード冷却器のポートに面する衝突表面を有し、それによって、底部アノード冷却器の中に導入され、ポートを通して噴出させられた冷却流体は、上部アノード冷却器の衝突表面に衝打し、レーザプラットフォーム上に配置されるレーザエミッタを冷却する。 In one aspect, embodiments of the invention feature a laser package that includes, consists essentially of, or consists of a bottom anode cooler and a top anode cooler. The bottom anode cooler defines a plurality of ports at least partially therethrough for forming jets of cooling fluid through the ports. A top anode cooler is placed above the bottom anode cooler. The upper anode cooler includes or defines a laser platform for receiving the laser emitter thereon. The upper anode cooler defines a recess therein. A recess is placed below the laser platform. The recess has an impingement surface facing the port of the bottom anode cooler so that cooling fluid introduced into the bottom anode cooler and jetted through the port is directed to the impingement surface of the top anode cooler. Impact and cool the laser emitter placed on the laser platform.

本発明の実施形態は、種々の組み合わせのうちのいずれかで以下のうちの1つ以上のものを含み得る。底部アノード冷却器および/または上部アノード冷却器の少なくとも一部は、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、CuW、タングステン、WC(炭化タングステン)、アルミナ、ムライト、ダイヤモンド、および/またはSiCを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得る。衝突表面の少なくとも一部は、噴出させられた冷却流体の冷却を向上させるためのパターン(例えば、隆起および/または凹所状テクスチャ、粗度、および/または隆起および/または凹所形状特徴の組)を画定し得る。パターンは、複数のくぼみ、複数の溝、および/または複数のスタッドを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得る。衝突表面の少なくとも一部は、レーザプラットフォームの機械的安定性を向上させるための複数の支柱を画定し得る。パッケージは、上部アノード冷却器の上に配置されたカソード冷却器を含み得る。カソード冷却器の一部は、張り出し得、上部アノード冷却器のレーザプラットフォームに接触していないこともある。ポートは、混合チャネルを形成するように衝突表面から間隔を置かれ得る。パッケージは、底部アノード冷却器を通して、(i)ポートを通して混合チャネルの近位端の中に冷却流体を伝導するための入口ラインと、(ii)混合チャネルの遠位端から外に冷却流体を伝導するための出口ラインとを含み得る。混合チャネルは、約0.01mm~約30mmの範囲から選択される高さを有し得る。ポートの中心間間隔は、約0.1mm~約8mmの範囲から選択され得る。ポートのうちの少なくとも1つの直径(または幅または長さ等の他の横寸法)は、約0.025mm~約5mmの範囲から選択され得る。ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する混合チャネルの高さの比は、約0.1~約30の範囲から選択され得る。上部アノード冷却器および/または底部アノード冷却器の熱膨張係数は、約0.5ppm~約12ppm、またはさらに約3ppm~約10ppmの範囲から選択され得る。パッケージは、レーザプラットフォーム上に配置されるレーザエミッタを含み得る。レーザエミッタは、それぞれ、複数の別々のビーム(例えば、レーザビーム)を放出し、かつ放出するように構成される1つ以上のダイオードバーを含み得るか、または本質的にそれらから成り得る。 Embodiments of the invention may include one or more of the following in any of various combinations. At least a portion of the bottom anode cooler and/or the top anode cooler comprises or consists essentially of copper, aluminum, stainless steel, CuW, tungsten, WC (tungsten carbide), alumina, mullite, diamond, and/or SiC. consists of or can consist of them. At least a portion of the impingement surface has a pattern (e.g., a raised and/or recessed texture, roughness, and/or a set of raised and/or recessed features) to enhance cooling of the ejected cooling fluid. ) can be defined. The pattern may include, consist essentially of, or consist of indentations, grooves, and/or studs. At least a portion of the impact surface may define a plurality of struts to improve mechanical stability of the laser platform. The package may include a cathode cooler positioned above a top anode cooler. A portion of the cathode cooler may overhang and not be in contact with the laser platform of the upper anode cooler. The ports may be spaced from the impingement surface to form a mixing channel. The package includes an inlet line for conducting cooling fluid through the bottom anode cooler and into the proximal end of the mixing channel through (i) a port and (ii) conducting cooling fluid out from the distal end of the mixing channel. and an exit line for. The mixing channel may have a height selected from a range of about 0.01 mm to about 30 mm. The center-to-center spacing of the ports may be selected from a range of about 0.1 mm to about 8 mm. The diameter (or other lateral dimension, such as width or length) of at least one of the ports may be selected from a range of about 0.025 mm to about 5 mm. The ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the ports may be selected from a range of about 0.1 to about 30. The coefficient of thermal expansion of the top anode cooler and/or the bottom anode cooler may be selected from a range of about 0.5 ppm to about 12 ppm, or even about 3 ppm to about 10 ppm. The package may include a laser emitter located on the laser platform. Laser emitters may each include, or consist essentially of, one or more diode bars that emit and are configured to emit a plurality of separate beams (eg, laser beams).

別の側面では、本発明の実施形態は、ビームエミッタと、集中光学系と、分散要素と、複数の反射性出力結合器と、底部アノード冷却器と、上部アノード冷却器とを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成る波長ビーム合成レーザシステムを特徴とする。ビームエミッタは、複数の別々のビーム(例えば、レーザビーム)を放出し、第1および第2の対向表面を有し得る。集中光学系は、分散要素上に複数のビームを集中させる。分散要素と集中光学系との間の距離は、集中光学系の焦点距離にほぼ対応し得る(他の実施形態において、この距離は、集中光学系の焦点距離未満であるか、またはそれを上回る)。分散要素は、受け取られた集中ビームを受け取り、分散させる。複数の反射性出力結合器は、分散ビームを受け取り、多波長出力ビームとしてそれを通して(すなわち、出力結合器を通して、例えば、多波長ビームを用いて処理される、またはそれを受けるべき工作物に向かって)分散ビームの一部を透過させ、分散要素に向かって戻るように分散ビームの第2の部分を反射するように位置付けられる。分散ビームの第2の部分は、ビームのためのフィードバックとしてビームエミッタに戻るように伝搬し、各ビームをその個々の波長に固定し得る。異なるビームの波長は、互いに異なり得る。底部アノード冷却器は、少なくとも部分的にそれを通して、ポートを通して冷却流体の噴出を形成するための複数のポートを画定する。上部アノード冷却器は、底部アノード冷却器の上方に配置される。上部アノード冷却器は、その上にレーザエミッタを受け取るためのレーザプラットフォームを備えているか、または画定する。上部アノード冷却器は、その中に凹所を画定する。凹所は、レーザプラットフォームの下に配置される。凹所は、底部アノード冷却器のポートに面する衝突表面を有し、それによって、底部アノード冷却器の中に導入され、ポートを通して噴出させられた冷却流体は、上部アノード冷却器の衝突表面に衝打し、レーザプラットフォーム上に配置されるビームエミッタを冷却する。 In another aspect, embodiments of the invention include or essentially include a beam emitter, focusing optics, a dispersive element, a plurality of reflective output couplers, a bottom anode cooler, and a top anode cooler. a wavelength beam combining laser system consisting of or consisting of the following: The beam emitter emits a plurality of separate beams (eg, laser beams) and may have first and second opposing surfaces. Concentrating optics focus the beams onto the dispersive element. The distance between the dispersive element and the concentrating optic may approximately correspond to the focal length of the concentrating optic (in other embodiments, this distance is less than or greater than the focal length of the concentrating optic). ). A dispersive element receives and disperses the received concentrated beam. A plurality of reflective output couplers receive the dispersed beam and direct it therethrough as a multi-wavelength output beam (i.e., through the output couplers, e.g., toward a workpiece to be processed with or to receive the multi-wavelength beam). (a) positioned to transmit a portion of the dispersed beam and reflect a second portion of the dispersed beam back toward the dispersive element; A second portion of the dispersed beam may propagate back to the beam emitter as feedback for the beams, fixing each beam at its individual wavelength. The wavelengths of the different beams may be different from each other. The bottom anode cooler defines a plurality of ports at least partially therethrough for forming jets of cooling fluid through the ports. A top anode cooler is placed above the bottom anode cooler. The upper anode cooler includes or defines a laser platform for receiving the laser emitter thereon. The upper anode cooler defines a recess therein. A recess is placed below the laser platform. The recess has an impingement surface facing the port of the bottom anode cooler so that cooling fluid introduced into the bottom anode cooler and jetted through the port is directed to the impingement surface of the top anode cooler. Impact and cool the beam emitter placed on the laser platform.

本発明の実施形態は、種々の組み合わせのうちのいずれかで以下のうちの1つ以上のものを含み得る。分散要素は、回折格子(例えば、反射格子または透過格子)を含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成り得る。衝突表面の少なくとも一部は、噴出させられた冷却流体の冷却を向上させるためのパターン(例えば、隆起および/または凹所状テクスチャ、粗度、および/または隆起および/または凹所形状特徴の組)を画定し得る。パターンは、複数のくぼみ、複数の溝、および/または複数のスタッドを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得る。衝突表面の少なくとも一部は、レーザプラットフォームの機械的安定性を向上させるための複数の支柱を画定し得る。パッケージは、上部アノード冷却器の上に配置されたカソード冷却器を含み得る。カソード冷却器の一部は、張り出し得、上部アノード冷却器のレーザプラットフォームに接触していないこともある。カソード冷却器の一部は、ビームエミッタの上に配置され、それと熱的に接触し得る。 Embodiments of the invention may include one or more of the following in any of various combinations. The dispersive element may include, consist essentially of, or consist of a diffraction grating (eg, a reflection or transmission grating). At least a portion of the impingement surface has a pattern (e.g., a raised and/or recessed texture, roughness, and/or a set of raised and/or recessed features) to enhance cooling of the ejected cooling fluid. ) can be defined. The pattern may include, consist essentially of, or consist of indentations, grooves, and/or studs. At least a portion of the impact surface may define a plurality of struts to improve mechanical stability of the laser platform. The package may include a cathode cooler positioned above a top anode cooler. A portion of the cathode cooler may overhang and not be in contact with the laser platform of the upper anode cooler. A portion of the cathode cooler may be placed above and in thermal contact with the beam emitter.

さらに別の側面では、本発明の実施形態は、アノード冷却器と、レーザエミッタを受け取るためのアノード冷却器上のレーザプラットフォームと、アノード冷却器とレーザプラットフォームとの間の混合チャネルとを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成るレーザパッケージを特徴とする。混合チャネルは、レーザプラットフォームと熱的に接触する衝突表面と、混合チャネルを横断して衝突表面から反対側にある噴出アレイとを含む。噴出アレイは、それを通して冷却流体の噴出を形成するための複数のポートを含み、それによって、アノード冷却器の中に導入され、ポートを通して噴出させられた冷却流体は、衝突表面に衝打し、レーザプラットフォーム上に配置されるレーザエミッタを冷却する。 In yet another aspect, embodiments of the invention include an anode cooler, a laser platform on the anode cooler for receiving a laser emitter, and a mixing channel between the anode cooler and the laser platform; characterized by a laser package consisting essentially of or consisting of the same. The mixing channel includes an impingement surface in thermal contact with the laser platform and a jet array opposite the impingement surface across the mixing channel. The jet array includes a plurality of ports for forming jets of cooling fluid therethrough, whereby the cooling fluid introduced into the anode cooler and jetted through the ports impinges on the impingement surface; Cool the laser emitter placed on the laser platform.

本発明の実施形態は、種々の組み合わせのうちのいずれかで以下のうちの1つ以上のものを含み得る。混合チャネルは、アノード冷却器内に部分的または実質的に完全に封入され得る。アノード冷却器の少なくとも一部は、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、CuW、タングステン、WC(炭化タングステン)、アルミナ、ムライト、ダイヤモンド、および/またはSiCを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得る。衝突表面の少なくとも一部は、噴出させられた冷却流体の冷却を向上させるためのパターン(例えば、隆起および/または凹所状テクスチャ、粗度、および/または隆起および/または凹所形状特徴の組)を画定し得る。パターンは、複数のくぼみ、複数の溝、および/または複数のスタッドを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得る。衝突表面の少なくとも一部は、レーザプラットフォームの機械的安定性を向上させるための複数の支柱を画定し得る。パッケージは、アノード冷却器の上に配置されたカソード冷却器を含み得る。カソード冷却器の一部は、張り出し得、アノード冷却器のレーザプラットフォームに接触していないこともある。混合チャネルは、約0.01mm~約30mmの範囲から選択される高さを有し得る。ポートの中心間間隔は、約0.1mm~約8mmの範囲から選択され得る。ポートのうちの少なくとも1つの直径(または幅または長さ等の他の横寸法)は、約0.025mm~約5mmの範囲から選択され得る。ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する混合チャネルの高さの比は、約0.1~約30の範囲から選択され得る。アノード冷却器の熱膨張係数は、約0.5ppm~約12ppm、またはさらに約3ppm~約10ppmの範囲から選択され得る。パッケージは、レーザプラットフォーム上に配置されるレーザエミッタを含み得る。レーザエミッタは、それぞれ、複数の別々のビーム(例えば、レーザビーム)を放出し、かつ放出するように構成される、1つ以上のダイオードバーを含み得るか、または本質的にそれらから成り得る。 Embodiments of the invention may include one or more of the following in any of various combinations. The mixing channel may be partially or substantially completely enclosed within the anode cooler. At least a portion of the anode cooler comprises, consists essentially of, or consists of copper, aluminum, stainless steel, CuW, tungsten, WC (tungsten carbide), alumina, mullite, diamond, and/or SiC. It can consist of At least a portion of the impingement surface has a pattern (e.g., a raised and/or recessed texture, roughness, and/or a set of raised and/or recessed features) to enhance cooling of the ejected cooling fluid. ) can be defined. The pattern may include, consist essentially of, or consist of indentations, grooves, and/or studs. At least a portion of the impact surface may define a plurality of struts to improve mechanical stability of the laser platform. The package may include a cathode cooler disposed above the anode cooler. A portion of the cathode cooler may overhang and not be in contact with the laser platform of the anode cooler. The mixing channel may have a height selected from a range of about 0.01 mm to about 30 mm. The center-to-center spacing of the ports may be selected from a range of about 0.1 mm to about 8 mm. The diameter (or other lateral dimension, such as width or length) of at least one of the ports may be selected from a range of about 0.025 mm to about 5 mm. The ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the ports may be selected from a range of about 0.1 to about 30. The coefficient of thermal expansion of the anode cooler may be selected from a range of about 0.5 ppm to about 12 ppm, or even about 3 ppm to about 10 ppm. The package may include a laser emitter located on the laser platform. Laser emitters may include, or consist essentially of, one or more diode bars, each of which emits and is configured to emit a plurality of separate beams (eg, laser beams).

別の側面では、本発明の実施形態は、ビームエミッタと、集中光学系と、分散要素と、複数の反射性出力結合器と、アノード冷却器と、ビームエミッタを受け取るためのアノード冷却器上のレーザプラットフォームと、アノード冷却器とレーザプラットフォームとの間の混合チャネルと含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成る波長ビーム合成レーザシステムを特徴とする。ビームエミッタは、複数の別々のビーム(例えば、レーザビーム)を放出し、第1および第2の対向表面を有し得る。集中光学系は、分散要素上に複数のビームを集中させる。分散要素と集中光学系との間の距離は、集中光学系の焦点距離にほぼ対応し得る(他の実施形態において、この距離は、集中光学系の焦点距離未満であるか、またはそれを上回る)。分散要素は、受け取られた集中ビームを受け取り、分散させる。複数の反射性出力結合器は、分散ビームを受け取り、多波長出力ビームとしてそれを通して(すなわち、出力結合器を通して、例えば、多波長ビームを用いて処理される、またはそれを受けるべき工作物に向かって)分散ビームの一部を透過させ、分散要素に向かって戻るように分散ビームの第2の部分を反射するように位置付けられる。分散ビームの第2の部分は、ビームのためのフィードバックとしてビームエミッタに戻るように伝搬し、各ビームをその個々の波長に固定し得る。異なるビームの波長は、互いに異なり得る。混合チャネルは、レーザプラットフォームと熱的に接触する衝突表面と、混合チャネルを横断して衝突表面から反対側にある噴出アレイとを含む。噴出アレイは、それを通して冷却流体の噴出を形成するための複数のポートを含み、それによって、アノード冷却器の中に導入され、ポートを通して噴出させられた冷却流体は、衝突表面に衝打し、レーザプラットフォーム上に配置されるビームエミッタを冷却する。 In another aspect, embodiments of the invention include a beam emitter, concentrating optics, a dispersive element, a plurality of reflective output couplers, an anode cooler, and an anode cooler for receiving the beam emitter. A wavelength beam combining laser system comprising, consisting essentially of, or consisting of a laser platform and a mixing channel between an anode cooler and the laser platform. The beam emitter emits a plurality of separate beams (eg, laser beams) and may have first and second opposing surfaces. Concentrating optics focus the beams onto the dispersive element. The distance between the dispersive element and the concentrating optic may approximately correspond to the focal length of the concentrating optic (in other embodiments, this distance is less than or greater than the focal length of the concentrating optic). ). A dispersive element receives and disperses the received concentrated beam. A plurality of reflective output couplers receive the dispersed beam and direct it therethrough as a multi-wavelength output beam (i.e., through the output couplers, e.g., toward a workpiece to be processed with or to receive the multi-wavelength beam). (a) positioned to transmit a portion of the dispersed beam and reflect a second portion of the dispersed beam back toward the dispersive element; A second portion of the dispersed beam may propagate back to the beam emitter as feedback for the beams, fixing each beam at its respective wavelength. The wavelengths of the different beams may be different from each other. The mixing channel includes an impingement surface in thermal contact with the laser platform and a jet array opposite the impingement surface across the mixing channel. The jet array includes a plurality of ports for forming jets of cooling fluid therethrough, whereby the cooling fluid introduced into the anode cooler and jetted through the ports impinges on the impingement surface; Cool the beam emitter placed on the laser platform.

本発明の実施形態は、種々の組み合わせのうちのいずれかで以下のうちの1つ以上のものを含み得る。分散要素は、回折格子(例えば、反射格子または透過格子)を含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成り得る。衝突表面の少なくとも一部は、噴出させられた冷却流体の冷却を向上させるためのパターン(例えば、隆起および/または凹所状テクスチャ、粗度、および/または隆起および/または凹所形状特徴の組)を画定し得る。パターンは、複数のくぼみ、複数の溝、および/または複数のスタッドを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得る。衝突表面の少なくとも一部は、レーザプラットフォームの機械的安定性を向上させるための複数の支柱を画定し得る。パッケージは、アノード冷却器の上に配置されたカソード冷却器を含み得る。カソード冷却器の一部は、張り出し得、レーザプラットフォームに接触していないこともある。カソード冷却器の一部は、ビームエミッタの上に配置され、それと熱的に接触し得る。 Embodiments of the invention may include one or more of the following in any of various combinations. The dispersive element may include, consist essentially of, or consist of a diffraction grating (eg, a reflection or transmission grating). At least a portion of the impingement surface has a pattern (e.g., a raised and/or recessed texture, roughness, and/or a set of raised and/or recessed features) to enhance cooling of the ejected cooling fluid. ) can be defined. The pattern may include, consist essentially of, or consist of indentations, grooves, and/or studs. At least a portion of the impact surface may define a plurality of struts to improve mechanical stability of the laser platform. The package may include a cathode cooler disposed above the anode cooler. A portion of the cathode cooler may be overhanging and not in contact with the laser platform. A portion of the cathode cooler may be placed above and in thermal contact with the beam emitter.

ある側面では、本発明の実施形態は、底部アノード冷却器と、上部アノード冷却器とを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成るレーザパッケージを特徴とする。底部アノード冷却器は、(i)上面と、(ii)上面と反対側の底面と、(iii)底面に画定される進入凹所と、(iv)上面に画定される上部凹所と、(v)進入凹所および上部凹所を流体的に接続するそれを通して冷却流体の噴出を形成するための複数の中空ポートとを有する。上部アノード冷却器は、底部アノード冷却器の上方に配置される。上部アノード冷却器は、底部アノード冷却器の一部のみの上に配置され得る。上部アノード冷却器は、底部アノード冷却器と直接、機械的に接触し得る。上部アノード冷却器は、取り付け材料を介して、底部アノード冷却器に直接取り付けられ得る。上部アノード冷却器は、(i)上面と、(ii)上面と反対側の底面とを有する。底面は、底部アノード冷却器の上部凹所の中に突出する非平面的パターンを画定する衝突表面を含むか、本質的にそれから成り、またはそれから成り、それによって、底部アノード冷却器の中に導入され、ポートを通して噴出させられた冷却流体は、上部アノード冷却器の衝突表面に衝打し、上部アノード冷却器の上面上に配置されたレーザエミッタを冷却する。 In one aspect, embodiments of the invention feature a laser package that includes, consists essentially of, or consists of a bottom anode cooler and a top anode cooler. The bottom anode cooler includes: (i) a top surface; (ii) a bottom surface opposite the top surface; (iii) an entry recess defined in the bottom surface; (iv) a top recess defined in the top surface; v) a plurality of hollow ports for forming jets of cooling fluid therethrough fluidly connecting the entry recess and the upper recess; A top anode cooler is placed above the bottom anode cooler. The top anode cooler may be placed over only a portion of the bottom anode cooler. The top anode cooler may be in direct mechanical contact with the bottom anode cooler. The top anode cooler can be attached directly to the bottom anode cooler via attachment material. The upper anode cooler has (i) a top surface and (ii) a bottom surface opposite the top surface. The bottom surface includes, consists essentially of, or consists of an impingement surface defining a non-planar pattern projecting into the top recess of the bottom anode cooler, thereby introducing into the bottom anode cooler. The cooling fluid ejected through the port impinges on the impingement surface of the upper anode cooler and cools the laser emitter disposed on the top surface of the upper anode cooler.

本発明の実施形態は、種々の組み合わせのうちのいずれかで以下のうちの1つ以上のものを含み得る。底部アノード冷却器および/または上部アノード冷却器の少なくとも一部は、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、CuW、タングステン、WC(炭化タングステン)、アルミナ、ムライト、ダイヤモンド、および/またはSiCを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得る。上部アノード冷却器の熱伝導率は、底部アノード冷却器の熱伝導率を上回り得る。非平面的パターンは、複数の隆起特徴を含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得る。底部アノード冷却器は、ポートの開口部間に配置された複数の隆起支柱を画定し得る。パッケージは、上部アノード冷却器の上に配置されたカソード冷却器を含み得る。カソード冷却器の一部は、張り出し得、上部アノード冷却器の上面に接触していないこともある。カソード冷却器は、それを通した冷却流体の流動のために構成されないこともある。上部アノード冷却器は、それを通した冷却流体の流動のために構成されないこともある。 Embodiments of the invention may include one or more of the following in any of various combinations. At least a portion of the bottom anode cooler and/or the top anode cooler comprises or consists essentially of copper, aluminum, stainless steel, CuW, tungsten, WC (tungsten carbide), alumina, mullite, diamond, and/or SiC. consists of or can consist of them. The thermal conductivity of the top anode cooler may exceed that of the bottom anode cooler. The non-planar pattern may include, consist essentially of, or consist of a plurality of raised features. The bottom anode cooler may define a plurality of raised struts disposed between the openings of the ports. The package may include a cathode cooler positioned above a top anode cooler. A portion of the cathode cooler may overhang and not touch the top surface of the upper anode cooler. The cathode cooler may not be configured for flow of cooling fluid therethrough. The upper anode cooler may not be configured for flow of cooling fluid therethrough.

非平面的パターンは、冷却流体のための混合チャネルを形成するために、ポートの開口部から間隔を置かれ得る。混合チャネルは、約0.025mm~約50mmの範囲から選択される高さを有し得る。ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する混合チャネルの高さの比は、約0.1~約30の範囲から選択され得る。ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する混合チャネルの高さの比は、約8~約30の範囲から選択され得る。ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する混合チャネルの高さの比は、約0.1~約2の範囲から選択され得る。ポートの中心間間隔は、約0.1mm~約8mmの範囲から選択され得る。ポートのうちの少なくとも1つの直径(または幅または長さ等の他の横寸法)は、約0.025mm~約5mmの範囲から選択され得る。上部アノード冷却器の上面の面積、長さ、および/または幅は、底部アノード冷却器の上面の面積、長さ、および/または幅より小さくあり得る。底部アノード冷却器は、上部凹所を、底部アノード冷却器の底面に画定され、進入凹所から間隔を置かれる出口開口と流体的に接続する出口チャネルをその内側に画定し得る。取り付け材料は、上部アノード冷却器の底面の一部(例えば、周辺部分の少なくとも一部)を底部アノード冷却器の上面の一部に取り付け得る。取り付け材料は、接着剤、はんだ、および/またはろう付け材料を含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得る。上部アノード冷却器および/または底部アノード冷却器の熱膨張係数は、約0.5ppm~約12ppmの範囲から選択され得る。底部アノード冷却器は、アルミナを含むか、本質的にそれから成り、またはそれから成り得、および/または上部アノード冷却器は、SiCを含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成り得る。上部アノード冷却器および/または底部アノード冷却器は、電気絶縁し得る。パッケージは、レーザプラットフォーム上に配置されるレーザエミッタを含み得る。レーザエミッタは、それぞれ、複数の別々のビーム(例えば、レーザビーム)を放出し、かつ放出するように構成される、1つ以上のダイオードバーを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれから成り得る。 The non-planar pattern may be spaced from the port openings to form mixing channels for the cooling fluid. The mixing channel may have a height selected from a range of about 0.025 mm to about 50 mm. The ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the ports may be selected from a range of about 0.1 to about 30. The ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the ports may be selected from a range of about 8 to about 30. The ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the ports may be selected from a range of about 0.1 to about 2. The center-to-center spacing of the ports may be selected from a range of about 0.1 mm to about 8 mm. The diameter (or other lateral dimension, such as width or length) of at least one of the ports may be selected from a range of about 0.025 mm to about 5 mm. The area, length, and/or width of the top surface of the top anode cooler may be less than the area, length, and/or width of the top surface of the bottom anode cooler. The bottom anode cooler may define an outlet channel therein fluidly connecting the upper recess with an outlet aperture defined in the bottom surface of the bottom anode cooler and spaced from the entry recess. The attachment material may attach a portion of the bottom surface (eg, at least a portion of the peripheral portion) of the top anode cooler to a portion of the top surface of the bottom anode cooler. The attachment material may include, consist essentially of, or consist of adhesives, solders, and/or brazing materials. The coefficient of thermal expansion of the top anode cooler and/or the bottom anode cooler may be selected from a range of about 0.5 ppm to about 12 ppm. The bottom anode cooler may include, consist essentially of, or consist of alumina, and/or the top anode cooler may include, consist essentially of, or consist of SiC. The top anode cooler and/or the bottom anode cooler may be electrically insulated. The package may include a laser emitter located on the laser platform. Laser emitters each include, consist essentially of, or consist of one or more diode bars that emit and are configured to emit a plurality of separate beams (e.g., laser beams). It can happen.

別の側面では、本発明の実施形態は、ビームエミッタと、集中光学系と、分散要素と、複数の反射性出力結合器と、底部アノード冷却器と、上部アノード冷却器とを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成る波長ビーム合成レーザシステムを特徴とする。ビームエミッタは、複数の別々のビーム(例えば、レーザビーム)を放出し、第1および第2の対向表面を有し得る。集中光学系は、分散要素に向かって複数のビームを集中および/または収束させる。分散要素と集中光学系との間の距離は、集中光学系の焦点距離にほぼ対応し得る(他の実施形態において、この距離は、集中光学系の焦点距離未満である、またはそれを上回る)。分散要素は、受け取られた集中ビームを受け取り、分散させる。複数の反射性出力結合器は、分散ビームを受け取り、多波長出力ビームとしてそれを通して(すなわち、出力結合器を通して、例えば、多波長ビームを用いて処理されるべきまたはそれを受けるべき工作物に向かって)分散ビームの一部を透過させ、分散要素に向かって戻るように分散ビームの第2の部分を反射するように位置付けられる。分散ビームの第2の部分は、ビームのためのフィードバックとしてビームエミッタに戻るように伝搬し、各ビームをその個々の波長に固定し得る。異なるビームの波長は、互いに異なり得る。底部アノード冷却器は、(i)上面と、(ii)上面と反対側の底面と、(iii)底面に画定される進入凹所と、(iv)上面に画定される上部凹所と、(v)進入凹所および上部凹所を流体的に接続するそれを通して冷却流体の噴出を形成するための複数の中空ポートとを有する。上部アノード冷却器は、底部アノード冷却器の上方に配置される。上部アノード冷却器は、底部アノード冷却器の一部のみの上に配置され得る。上部アノード冷却器は、底部アノード冷却器と直接、機械的に接触し得る。上部アノード冷却器は、取り付け材料を介して、底部アノード冷却器に直接取り付けられ得る。上部アノード冷却器は、(i)上面と、(ii)上面と反対側の底面とを有する。ビームエミッタは、上部アノード冷却器の上面にわたって、またはその上に配置される。底面は、底部アノード冷却器の上部凹所の中に突出する非平面的パターンを画定する衝突表面を含むか、本質的にそれから成り、またはそれから成り、それによって、底部アノード冷却器の中に導入され、ポートを通して噴出させられた冷却流体は、上部アノード冷却器の衝突表面に衝打し、ビームエミッタを冷却する。 In another aspect, embodiments of the invention include or essentially include a beam emitter, focusing optics, a dispersive element, a plurality of reflective output couplers, a bottom anode cooler, and a top anode cooler. a wavelength beam combining laser system consisting of or consisting of the following: The beam emitter emits a plurality of separate beams (eg, laser beams) and may have first and second opposing surfaces. Concentrating optics concentrate and/or converge the plurality of beams toward the dispersive element. The distance between the dispersive element and the focusing optic may approximately correspond to the focal length of the focusing optic (in other embodiments, this distance is less than or greater than the focal length of the focusing optic). . A dispersive element receives and disperses the received concentrated beam. A plurality of reflective output couplers receive the dispersed beam and direct it therethrough as a multi-wavelength output beam (i.e., through the output couplers, e.g., toward a workpiece to be processed with or to receive the multi-wavelength beam). (a) positioned to transmit a portion of the dispersed beam and reflect a second portion of the dispersed beam back toward the dispersive element; A second portion of the dispersed beam may propagate back to the beam emitter as feedback for the beams, fixing each beam at its individual wavelength. The wavelengths of the different beams may be different from each other. The bottom anode cooler includes: (i) a top surface; (ii) a bottom surface opposite the top surface; (iii) an entry recess defined in the bottom surface; (iv) a top recess defined in the top surface; v) a plurality of hollow ports for forming jets of cooling fluid therethrough fluidly connecting the entry recess and the upper recess; A top anode cooler is placed above the bottom anode cooler. The top anode cooler may be placed over only a portion of the bottom anode cooler. The top anode cooler may be in direct mechanical contact with the bottom anode cooler. The top anode cooler can be attached directly to the bottom anode cooler via attachment material. The upper anode cooler has (i) a top surface and (ii) a bottom surface opposite the top surface. A beam emitter is disposed across or on top of the upper anode cooler. The bottom surface includes, consists essentially of, or consists of an impingement surface defining a non-planar pattern projecting into the top recess of the bottom anode cooler, thereby introducing into the bottom anode cooler. The cooling fluid ejected through the port impinges on the impingement surface of the upper anode cooler and cools the beam emitter.

本発明の実施形態は、種々の組み合わせのうちのいずれかで以下のうちの1つ以上のものを含み得る。分散要素は、回折格子(例えば、反射格子または透過格子)を含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成り得る。底部アノード冷却器および/または上部アノード冷却器の少なくとも一部は、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、CuW、タングステン、WC(炭化タングステン)、アルミナ、ムライト、ダイヤモンド、および/またはSiCを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得る。上部アノード冷却器の熱伝導率は、底部アノード冷却器の熱伝導率を上回り得る。非平面的パターンは、複数の隆起特徴を含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得る。底部アノード冷却器は、ポートの開口部間に配置された複数の隆起支柱を画定し得る。レーザシステムは、上部アノード冷却器の上に配置されたカソード冷却器を含み得る。カソード冷却器の一部は、張り出し得、上部アノード冷却器の上面に接触していないこともある。カソード冷却器は、それを通した冷却流体の流動のために構成されていないこともある。上部アノード冷却器は、それを通した冷却流体の流動のために構成されていないこともある。 Embodiments of the invention may include one or more of the following in any of various combinations. The dispersive element may include, consist essentially of, or consist of a diffraction grating (eg, a reflection or transmission grating). At least a portion of the bottom anode cooler and/or the top anode cooler comprises or consists essentially of copper, aluminum, stainless steel, CuW, tungsten, WC (tungsten carbide), alumina, mullite, diamond, and/or SiC. consists of or can consist of them. The thermal conductivity of the top anode cooler may exceed that of the bottom anode cooler. The non-planar pattern may include, consist essentially of, or consist of a plurality of raised features. The bottom anode cooler may define a plurality of raised struts disposed between the openings of the ports. The laser system may include a cathode cooler positioned above an upper anode cooler. A portion of the cathode cooler may overhang and not touch the top surface of the upper anode cooler. The cathode cooler may not be configured for the flow of cooling fluid therethrough. The upper anode cooler may not be configured for the flow of cooling fluid therethrough.

非平面的パターンは、冷却流体のための混合チャネルを形成するために、ポートの開口部から間隔を置かれ得る。混合チャネルは、約0.025mm~約50mmの範囲から選択される高さを有し得る。ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する混合チャネルの高さの比は、約0.1~約30の範囲から選択され得る。ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する混合チャネルの高さの比は、約8~約30の範囲から選択され得る。ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する混合チャネルの高さの比は、約0.1~約2の範囲から選択され得る。ポートの中心間間隔は、約0.1mm~約8mmの範囲から選択され得る。ポートのうちの少なくとも1つの直径(または幅または長さ等の他の横寸法)は、約0.025mm~約5mmの範囲から選択され得る。上部アノード冷却器の上面の面積、長さ、および/または幅は、底部アノード冷却器の上面の面積、長さ、および/または幅より小さくあり得る。底部アノード冷却器は、上部凹所を、底部アノード冷却器の底面に画定され、進入凹所から間隔を置かれる出口開口と流体的に接続する出口チャネルをその内側に画定し得る。取り付け材料は、上部アノード冷却器の底面の一部(例えば、周辺部分の少なくとも一部)を底部アノード冷却器の上面の一部に取り付け得る。取り付け材料は、接着剤、はんだ、および/またはろう付け材料を含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得る。上部アノード冷却器および/または底部アノード冷却器の熱膨張係数は、約0.5ppm~約12ppmの範囲から選択され得る。底部アノード冷却器は、アルミナを含むか、本質的にそれから成り、またはそれから成り得、および/または上部アノード冷却器は、SiCを含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成り得る。ビームエミッタは、1つ以上のダイオードバーを含み得るか、または本質的にそれらから成り得る。上部アノード冷却器および/または底部アノード冷却器は、電気絶縁し得る。 The non-planar pattern may be spaced from the port openings to form mixing channels for the cooling fluid. The mixing channel may have a height selected from a range of about 0.025 mm to about 50 mm. The ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the ports may be selected from a range of about 0.1 to about 30. The ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the ports may be selected from a range of about 8 to about 30. The ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the ports may be selected from a range of about 0.1 to about 2. The center-to-center spacing of the ports may be selected from a range of about 0.1 mm to about 8 mm. The diameter (or other lateral dimension, such as width or length) of at least one of the ports may be selected from a range of about 0.025 mm to about 5 mm. The area, length, and/or width of the top surface of the top anode cooler may be less than the area, length, and/or width of the top surface of the bottom anode cooler. The bottom anode cooler may define an outlet channel therein fluidly connecting the upper recess with an outlet aperture defined in the bottom surface of the bottom anode cooler and spaced from the entry recess. The attachment material may attach a portion of the bottom surface (eg, at least a portion of the peripheral portion) of the top anode cooler to a portion of the top surface of the bottom anode cooler. The attachment material may include, consist essentially of, or consist of adhesives, solders, and/or brazing materials. The coefficient of thermal expansion of the top anode cooler and/or the bottom anode cooler may be selected from a range of about 0.5 ppm to about 12 ppm. The bottom anode cooler may include, consist essentially of, or consist of alumina, and/or the top anode cooler may include, consist essentially of, or consist of SiC. The beam emitter may include or consist essentially of one or more diode bars. The top anode cooler and/or the bottom anode cooler may be electrically insulated.

これらおよび他の目的が、本明細書に開示される本発明の利点および特徴とともに、以下の説明、付随する図面、および請求項の参照を通して、より明白となるであろう。さらに、本明細書に説明される種々の実施形態の特徴は、相互排他的ではなく、種々の組み合わせおよび順列で存在し得ることを理解されたい。本明細書で使用されるように、用語「実質的に」は、±10%、いくつかの実施形態において、±5%を意味する。用語「本質的に~から成る」は、本明細書で別様に定義されない限り、機能に寄与する他の材料を除外することを意味する。それでもなお、そのような他の材料は、集合的または個別に、微量で存在し得る。本明細書では、用語「放射線」および「光」は、別様に示されない限り、同義的に利用される。本明細書では、用語「下流」または「光学的に下流」は、第1の要素に遭遇した後に光ビームが衝打する、第2の要素の相対的設置を示すために利用され、第1の要素は、第2の要素の「下流」または「光学的に下流」にある。本明細書では、2つの構成要素の間の「光学距離」は、光ビームによって実際に進行される2つの構成要素の間の距離であり、光学距離は、例えば、ミラーからの反射、または構成要素のうちの一方から他方まで進行する光によって被られる伝搬方向の変化に起因する、2つの構成要素の間の物理的距離に等しくあり得るが、必ずしもそうではない。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
レーザパッケージであって、前記レーザパッケージは、
底部アノード冷却器であって、前記底部アノード冷却器は、(i)上面と、(ii)前記上面と反対側の底面と、(iii)前記底面に画定される進入凹所と、(iv)前記上面に画定される上部凹所と、(v)複数の中空ポートとを有し、前記複数の中空ポートは、前記進入凹所と前記上部凹所とを流体的に接続し、それられを通して冷却流体の噴出を形成する、底部アノード冷却器と、
前記底部アノード冷却器の一部のみの上方に配置された上部アノード冷却器と
を備え、
前記上部アノード冷却器は、(i)上面と、(ii)前記上面と反対側の底面とを有し、
前記底面は、前記底部アノード冷却器の前記上部凹所の中に突出する非平面的パターンを画定する衝突表面を備え、それによって、前記底部アノード冷却器の中に導入され、前記ポートを通して噴出させられた冷却流体は、前記上部アノード冷却器の前記衝突表面に衝打し、前記上部アノード冷却器の前記上面上に配置されたレーザエミッタを冷却する、レーザパッケージ。
(項目2)
前記上部アノード冷却器の熱伝導率は、前記底部アノード冷却器の熱伝導率より大きい、項目1に記載のレーザパッケージ。
(項目3)
前記非平面的パターンは、複数の隆起特徴を備えている、項目1に記載のレーザパッケージ。
(項目4)
前記底部アノード冷却器は、前記ポートの開口部間に配置された複数の隆起支柱を画定する、項目1に記載のレーザパッケージ。
(項目5)
(i)前記上部アノード冷却器の上に配置されたカソード冷却器をさらに備え、前記カソード冷却器の一部は、張り出し、前記上部アノード冷却器の上面に接触していない、項目1に記載のレーザパッケージ。
(項目6)
前記カソード冷却器は、それを通した冷却流体の流動のために構成されていない、項目5に記載のレーザパッケージ。
(項目7)
前記上部アノード冷却器は、それを通した冷却流体の流動のために構成されていない、項目1に記載のレーザパッケージ。
(項目8)
前記非平面的パターンは、前記冷却流体のための混合チャネルを形成するために、前記ポートの開口部から間隔を置かれている、項目1に記載のレーザパッケージ。
(項目9)
前記混合チャネルは、約0.025mm~約50mmの範囲から選択される高さを有する、項目8に記載のレーザパッケージ。
(項目10)
前記ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する前記混合チャネルの前記高さの比は、約0.1~約30の範囲から選択される、項目8に記載のレーザパッケージ。
(項目11)
前記ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する前記混合チャネルの前記高さの比は、約8~約30の範囲から選択される、項目8に記載のレーザパッケージ。
(項目12)
前記ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する前記混合チャネルの前記高さの比は、約0.1~約2の範囲から選択される、項目8に記載のレーザパッケージ。
(項目13)
前記ポートの中心間間隔は、約0.1mm~約8mmの範囲から選択される、項目1に記載のレーザパッケージ。
(項目14)
前記ポートのうちの少なくとも1つの直径は、約0.025mm~約5mmの範囲から選択される、項目1に記載のレーザパッケージ。
(項目15)
前記上部アノード冷却器の前記上面の面積は、前記底部アノード冷却器の前記上面の面積より小さい、項目1に記載のレーザパッケージ。
(項目16)
前記底部アノード冷却器は、出口チャネルをその内側に画定し、前記出口チャネルは、前記上部凹所を前記底部アノード冷却器の前記底面に画定された出口開口と流体的に接続し、前記出口開口は、前記進入凹所から間隔を置かれている、項目1に記載のレーザパッケージ。
(項目17)
前記上部アノード冷却器の前記底面の一部を前記底部アノード冷却器の前記上面の一部に取り付ける取り付け材料をさらに備えている、項目1に記載のレーザパッケージ。
(項目18)
前記取り付け材料は、接着剤、はんだ、またはろう付け材料のうちの少なくとも1つを備えている、項目17に記載のレーザパッケージ。
(項目19)
前記底部アノード冷却器は、アルミナを備え、前記上部アノード冷却器は、SiCを備えている、項目1に記載のレーザパッケージ。
(項目20)
前記上部アノード冷却器および前記底部アノード冷却器は、電気絶縁する、項目1に記載のレーザパッケージ。
(項目21)
前記上部アノード冷却器の前記上面上に配置されたレーザエミッタをさらに備え、前記レーザエミッタは、複数のビームを放出するように構成されたレーザダイオードバーを備えている、項目1に記載のレーザパッケージ。
(項目22)
波長ビーム合成レーザシステムであって、前記レーザシステムは、
複数の別々のビームを放出するビームエミッタと、
分散要素に向かって前記複数のビームを集中させるための集中光学系と、
前記ビーム受け取り、前記受け取られたビームを分散させるための分散要素と、
複数の反射性出力結合器であって、前記複数の反射性出力結合器は、前記分散ビームを受け取ることと、多波長出力ビームとしてそれらを通して前記分散ビームの一部を透過させることと、前記分散要素に向かって戻るように前記分散ビームの第2の部分を反射することとを行うように位置付けられている、複数の反射性出力結合器と、
底部アノード冷却器であって、前記底部アノード冷却器は、(i)上面と、(ii)前記上面と反対側の底面と、(iii)前記底面に画定される進入凹所と、(iv)前記上面に画定される上部凹所と、(v)複数の中空ポートとを有し、前記複数の中空ポートは、前記進入凹所と前記上部凹所とを流体的に接続し、それられを通して冷却流体の噴出を形成する、底部アノード冷却器と、
前記底部アノード冷却器の一部のみの上方に配置された上部アノード冷却器と
を備え、
前記上部アノード冷却器は、(i)上面であって、前記ビームエミッタは、前記上部アノード冷却器の前記上面の上に配置されている、上面と、(ii)前記上面と反対側の底面とを有し、前記底面は、前記底部アノード冷却器の前記上部凹所の中に突出する非平面的パターンを画定する衝突表面を備え、それによって、前記底部アノード冷却器の中に導入され、前記ポートを通して噴出させられた冷却流体は、前記上部アノード冷却器の前記衝突表面に衝打し、前記ビームエミッタを冷却する、レーザシステム。
(項目23)
前記分散要素は、回折格子を備えている、項目22に記載のレーザシステム。
(項目24)
前記上部アノード冷却器の熱伝導率は、前記底部アノード冷却器の熱伝導率より大きい、項目22に記載のレーザシステム。
(項目25)
前記非平面的パターンは、複数の隆起特徴を備えている、項目22に記載のレーザシステム。
(項目26)
前記底部アノード冷却器は、前記ポートの開口部間に配置された複数の隆起支柱を画定する、項目22に記載のレーザシステム。
(項目27)
(i)前記上部アノード冷却器の上に配置されたカソード冷却器をさらに備え、前記カソード冷却器の一部は、張り出し、前記上部アノード冷却器の前記上面に接触していない、項目22に記載のレーザシステム。
(項目28)
前記カソード冷却器は、それを通した冷却流体の流動のために構成されていない、項目27に記載のレーザシステム。
(項目29)
前記上部アノード冷却器は、それを通した冷却流体の流動のために構成されていない、項目22に記載のレーザシステム。
(項目30)
前記非平面的パターンは、前記冷却流体のための混合チャネルを形成するために、前記ポートの開口部から間隔を置かれている、項目22に記載のレーザシステム。
(項目31)
前記混合チャネルは、約0.025mm~約50mmの範囲から選択される高さを有する、項目30に記載のレーザシステム。
(項目32)
前記ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する前記混合チャネルの前記高さの比は、約0.1~約30の範囲から選択される、項目30に記載のレーザシステム。
(項目33)
前記ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する前記混合チャネルの前記高さの比は、約8~約30の範囲から選択される、項目30に記載のレーザシステム。
(項目34)
前記ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する前記混合チャネルの前記高さの比は、約0.1~約2の範囲から選択される、項目30に記載のレーザシステム。
(項目35)
前記ポートの中心間間隔は、約0.1mm~約8mmの範囲から選択される、項目22に記載のレーザシステム。
(項目36)
前記ポートのうちの少なくとも1つの直径は、約0.025mm~約5mmの範囲から選択される、項目22に記載のレーザシステム。
(項目37)
前記上部アノード冷却器の前記上面の面積は、前記底部アノード冷却器の前記上面の面積より小さい、項目22に記載のレーザシステム。
(項目38)
前記底部アノード冷却器は、出口チャネルをその内側に画定し、前記出口チャネルは、前記上部凹所を前記底部アノード冷却器の前記底面に画定された出口開口と流体的に接続し、前記出口開口は、前記進入凹所から間隔を置かれている、項目22に記載のレーザシステム。
(項目39)
前記上部アノード冷却器の前記底面の一部を前記底部アノード冷却器の前記上面の一部に取り付ける取り付け材料をさらに備えている、項目22に記載のレーザシステム。
(項目40)
前記取り付け材料は、接着剤、はんだ、またはろう付け材料のうちの少なくとも1つを備えている、項目39に記載のレーザシステム。
(項目41)
前記底部アノード冷却器は、アルミナを備え、前記上部アノード冷却器は、SiCを備えている、項目22に記載のレーザシステム。
(項目42)
前記上部アノード冷却器および前記底部アノード冷却器は、電気絶縁する、項目22に記載のレーザシステム。
These and other objects, together with the advantages and features of the invention disclosed herein, will become more apparent through reference to the following description, accompanying drawings, and claims. Furthermore, it is to be understood that the features of the various embodiments described herein are not mutually exclusive and may exist in various combinations and permutations. As used herein, the term "substantially" means ±10%, and in some embodiments, ±5%. The term "consisting essentially of" means to exclude other materials that contribute to the function, unless otherwise defined herein. Nevertheless, such other materials may be present in minor amounts, collectively or individually. As used herein, the terms "radiation" and "light" are used interchangeably, unless indicated otherwise. As used herein, the term "downstream" or "optically downstream" is utilized to indicate the relative placement of a second element that the light beam strikes after encountering the first element; The element is "downstream" or "optically downstream" of the second element. As used herein, the "optical distance" between two components is the distance between the two components that is actually traveled by a beam of light; the optical distance is, for example, reflected from a mirror, or It can, but is not necessarily, equal to the physical distance between two components due to the change in propagation direction experienced by light traveling from one of the elements to the other.
The present invention provides, for example, the following.
(Item 1)
A laser package, the laser package comprising:
A bottom anode cooler, the bottom anode cooler comprising: (i) a top surface; (ii) a bottom surface opposite the top surface; (iii) an entry recess defined in the bottom surface; (iv) an upper recess defined in the upper surface; and (v) a plurality of hollow ports, the plurality of hollow ports fluidly connecting the entry recess and the upper recess and allowing air to flow through them. a bottom anode cooler forming a jet of cooling fluid;
an upper anode cooler disposed above only a portion of the bottom anode cooler;
Equipped with
The upper anode cooler has (i) a top surface; and (ii) a bottom surface opposite the top surface;
The bottom surface includes an impingement surface defining a non-planar pattern that protrudes into the top recess of the bottom anode cooler, thereby causing a droplet to be introduced into the bottom anode cooler and ejected through the port. The cooled cooling fluid impinges on the impingement surface of the upper anode cooler to cool a laser emitter disposed on the upper surface of the upper anode cooler.
(Item 2)
The laser package of item 1, wherein the thermal conductivity of the top anode cooler is greater than the thermal conductivity of the bottom anode cooler.
(Item 3)
The laser package of item 1, wherein the non-planar pattern comprises a plurality of raised features.
(Item 4)
The laser package of item 1, wherein the bottom anode cooler defines a plurality of raised struts disposed between openings of the ports.
(Item 5)
Item 1, further comprising: (i) a cathode cooler disposed above the upper anode cooler, a portion of the cathode cooler overhanging and not in contact with a top surface of the upper anode cooler. laser package.
(Item 6)
6. The laser package of item 5, wherein the cathode cooler is not configured for flow of cooling fluid therethrough.
(Item 7)
The laser package of item 1, wherein the upper anode cooler is not configured for flow of cooling fluid therethrough.
(Item 8)
The laser package of item 1, wherein the non-planar pattern is spaced from the port opening to form a mixing channel for the cooling fluid.
(Item 9)
9. The laser package of item 8, wherein the mixing channel has a height selected from a range of about 0.025 mm to about 50 mm.
(Item 10)
9. The laser package of item 8, wherein the ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the ports is selected from a range of about 0.1 to about 30.
(Item 11)
9. The laser package of item 8, wherein the ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the ports is selected from a range of about 8 to about 30.
(Item 12)
9. The laser package of item 8, wherein the ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the ports is selected from a range of about 0.1 to about 2.
(Item 13)
The laser package of item 1, wherein the center-to-center spacing of the ports is selected from a range of about 0.1 mm to about 8 mm.
(Item 14)
The laser package of item 1, wherein the diameter of at least one of the ports is selected from a range of about 0.025 mm to about 5 mm.
(Item 15)
The laser package of item 1, wherein the area of the top surface of the top anode cooler is smaller than the area of the top surface of the bottom anode cooler.
(Item 16)
The bottom anode cooler defines an outlet channel therein, the outlet channel fluidly connecting the top recess with an outlet opening defined in the bottom surface of the bottom anode cooler, and the outlet channel fluidly connecting the top recess with an outlet opening defined in the bottom surface of the bottom anode cooler. is spaced apart from the entry recess.
(Item 17)
2. The laser package of item 1, further comprising a mounting material that attaches a portion of the bottom surface of the top anode cooler to a portion of the top surface of the bottom anode cooler.
(Item 18)
18. The laser package of item 17, wherein the attachment material comprises at least one of an adhesive, a solder, or a brazing material.
(Item 19)
The laser package of item 1, wherein the bottom anode cooler comprises alumina and the top anode cooler comprises SiC.
(Item 20)
The laser package of item 1, wherein the top anode cooler and the bottom anode cooler are electrically insulated.
(Item 21)
The laser package of item 1, further comprising a laser emitter disposed on the top surface of the upper anode cooler, the laser emitter comprising a laser diode bar configured to emit a plurality of beams. .
(Item 22)
A wavelength beam combining laser system, the laser system comprising:
a beam emitter that emits a plurality of separate beams;
a focusing optical system for focusing the plurality of beams toward a dispersive element;
the beam receiving; a dispersing element for dispersing the received beam;
a plurality of reflective output couplers, the plurality of reflective output couplers configured to receive the dispersed beam, transmit a portion of the dispersed beam therethrough as a multi-wavelength output beam; a plurality of reflective output couplers positioned to reflect a second portion of the dispersed beam back toward the element;
A bottom anode cooler, the bottom anode cooler comprising: (i) a top surface; (ii) a bottom surface opposite the top surface; (iii) an entry recess defined in the bottom surface; (iv) an upper recess defined in the upper surface; and (v) a plurality of hollow ports, the plurality of hollow ports fluidly connecting the entry recess and the upper recess and allowing air to flow through them. a bottom anode cooler forming a jet of cooling fluid;
an upper anode cooler disposed above only a portion of the bottom anode cooler;
Equipped with
The upper anode cooler has (i) a top surface, the beam emitter being disposed on the top surface of the upper anode cooler, and (ii) a bottom surface opposite the top surface. and the bottom surface includes an impingement surface defining a non-planar pattern protruding into the upper recess of the bottom anode cooler so that the A laser system in which cooling fluid ejected through a port impinges on the impingement surface of the upper anode cooler to cool the beam emitter.
(Item 23)
23. The laser system of item 22, wherein the dispersive element comprises a diffraction grating.
(Item 24)
23. The laser system of item 22, wherein the thermal conductivity of the top anode cooler is greater than the thermal conductivity of the bottom anode cooler.
(Item 25)
23. The laser system of item 22, wherein the non-planar pattern comprises a plurality of raised features.
(Item 26)
23. The laser system of item 22, wherein the bottom anode cooler defines a plurality of raised struts disposed between openings of the ports.
(Item 27)
Item 22, further comprising: (i) a cathode cooler disposed above the upper anode cooler, a portion of the cathode cooler overhanging and not in contact with the upper surface of the upper anode cooler. laser system.
(Item 28)
28. The laser system of item 27, wherein the cathode cooler is not configured for flow of cooling fluid therethrough.
(Item 29)
23. The laser system of item 22, wherein the upper anode cooler is not configured for flow of cooling fluid therethrough.
(Item 30)
23. The laser system of item 22, wherein the non-planar pattern is spaced from an opening of the port to form a mixing channel for the cooling fluid.
(Item 31)
31. The laser system of item 30, wherein the mixing channel has a height selected from a range of about 0.025 mm to about 50 mm.
(Item 32)
31. The laser system of item 30, wherein the ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the ports is selected from a range of about 0.1 to about 30.
(Item 33)
31. The laser system of item 30, wherein the ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the ports is selected from a range of about 8 to about 30.
(Item 34)
31. The laser system of item 30, wherein the ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the ports is selected from a range of about 0.1 to about 2.
(Item 35)
23. The laser system of item 22, wherein the port center-to-center spacing is selected from a range of about 0.1 mm to about 8 mm.
(Item 36)
23. The laser system of item 22, wherein the diameter of at least one of the ports is selected from a range of about 0.025 mm to about 5 mm.
(Item 37)
23. The laser system of item 22, wherein the area of the top surface of the top anode cooler is less than the area of the top surface of the bottom anode cooler.
(Item 38)
The bottom anode cooler defines an outlet channel therein, the outlet channel fluidly connecting the top recess with an outlet opening defined in the bottom surface of the bottom anode cooler, and the outlet channel fluidly connecting the top recess with an outlet opening defined in the bottom surface of the bottom anode cooler. is spaced apart from the entry recess.
(Item 39)
23. The laser system of item 22, further comprising a mounting material that attaches a portion of the bottom surface of the top anode cooler to a portion of the top surface of the bottom anode cooler.
(Item 40)
40. The laser system of item 39, wherein the attachment material comprises at least one of an adhesive, a solder, or a brazing material.
(Item 41)
23. The laser system of item 22, wherein the bottom anode cooler comprises alumina and the top anode cooler comprises SiC.
(Item 42)
23. The laser system of item 22, wherein the top anode cooler and the bottom anode cooler are electrically insulated.

図面では、同様の参照記号は、概して、異なる図の全体を通して同一の部分を指す。また、図面は、必ずしも一定の縮尺ではないが、代わりに、概して、本発明の原理を例証することに重点が置かれている。以下の説明では、本発明の種々の実施形態が、以下の図面を参照して説明される。 In the drawings, like reference symbols generally refer to the same parts throughout the different figures. Additionally, the drawings are not necessarily to scale, emphasis instead generally being placed upon illustrating the principles of the invention. In the following description, various embodiments of the invention are described with reference to the following drawings.

図1は、本発明の実施形態による、レーザエミッタのための2部品アノード冷却器の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a two-piece anode cooler for a laser emitter, according to an embodiment of the invention.

図2は、本発明の実施形態による、図1の2部品アノード冷却器およびカソード冷却器を組み込むレーザパッケージの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a laser package incorporating the two-piece anode and cathode coolers of FIG. 1, according to an embodiment of the invention.

図3A-3Cは、それぞれ、本発明の実施形態による、底部アノード冷却器の斜視図、上面図、および底面図である。3A-3C are perspective, top, and bottom views, respectively, of a bottom anode cooler, according to an embodiment of the invention.

図4は、本発明の実施形態による、底部アノード冷却器内の開口部によって形成される流体噴出の概略図である。FIG. 4 is a schematic illustration of a fluid jet formed by an opening in a bottom anode cooler, according to an embodiment of the invention.

図5Aは、本発明の実施形態による、上部アノード冷却器の側面図である。FIG. 5A is a side view of a top anode cooler, according to an embodiment of the invention.

図5Bは、図5Aの上部アノード冷却器の断面図である。FIG. 5B is a cross-sectional view of the upper anode cooler of FIG. 5A.

図5Cは、図5Bの断面図の拡大部分である。FIG. 5C is an enlarged portion of the cross-sectional view of FIG. 5B.

図5Dは、図5Aの上部アノード冷却器の底面図である。FIG. 5D is a bottom view of the upper anode cooler of FIG. 5A.

図6Aは、本発明の実施形態による、上部アノード冷却器の底面図である。FIG. 6A is a bottom view of a top anode cooler, according to an embodiment of the invention.

図6Bは、図6Aの上部アノード冷却器の断面図である。FIG. 6B is a cross-sectional view of the upper anode cooler of FIG. 6A.

図6Cは、本発明の実施形態による、上部アノード冷却器の底面図である。FIG. 6C is a bottom view of a top anode cooler, according to an embodiment of the invention.

図6Dは、図6Cの上部アノード冷却器の断面図である。FIG. 6D is a cross-sectional view of the upper anode cooler of FIG. 6C.

図7は、本発明の実施形態による、レーザパッケージの側面/断面図である。FIG. 7 is a side/cross-sectional view of a laser package, according to an embodiment of the invention.

図8Aは、本発明の実施形態による、レーザエミッタのための2部品アノード冷却器の分解断面図である。FIG. 8A is an exploded cross-sectional view of a two-piece anode cooler for a laser emitter, according to an embodiment of the invention.

図8Bは、本発明の実施形態による、レーザエミッタのための2部品アノード冷却器の分解断面図である。FIG. 8B is an exploded cross-sectional view of a two-piece anode cooler for a laser emitter, according to an embodiment of the invention.

図8Cは、本発明の実施形態による、レーザエミッタのための2部品アノード冷却器の断面図である。FIG. 8C is a cross-sectional view of a two-piece anode cooler for a laser emitter, according to an embodiment of the invention.

図8Dは、本発明の実施形態による、上部アノード冷却器の斜視図である。FIG. 8D is a perspective view of an upper anode cooler, according to an embodiment of the invention.

図8Eは、本発明の実施形態による、底部アノード冷却器の斜視図である。FIG. 8E is a perspective view of a bottom anode cooler, according to an embodiment of the invention.

図9は、本発明の実施形態による、パッケージ化されたレーザを組み込む、波長ビーム合成レーザシステムの概略図である。FIG. 9 is a schematic diagram of a wavelength beam combining laser system incorporating a packaged laser according to an embodiment of the invention.

図1は、本発明の実施形態による2部品アノード冷却器100を描写する。示されるように、冷却器100は、底部アノード冷却器120の上に位置する上部アノード冷却器110を含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成る。上部アノード冷却器110は、典型的に、レーザエミッタ(明確にするために示されていない)が配置されるプラットフォーム130を特徴とする。プラットフォーム130は、所望のレーザエミッタ(例えば、ダイオードバー)に適応するようにサイズおよび形状を決定され得る。示されるように、プラットフォーム130は、レーザエミッタの意図された放出方向に、上部アノード冷却器の他の部分より上にわずかに高くあり得る。他の実施形態において、上部アノード冷却器110の上面は、実質的に平面的であり、プラットフォーム130は、その平面状表面の一部である。上部アノード冷却器110は、少なくとも動作中、1つ以上のねじまたは他の留め具を介して、底部アノード冷却器120に留められ得る。他の実施形態において、上部および底部アノード冷却器110、120は、例えば、溶接、はんだ付け、またはろう付け等の技法を利用して、一緒に取り付けられ、それによって、一体型の1部品アノード冷却器を形成する。そのような実施形態において、上部アノード冷却器110は、それを通して、ねじまたは他の留め具を受け取るための孔または開口部を画定しないこともある。さらに他の実施形態において、上部および底部アノード冷却器110、120は、本明細書に詳述される上部および底部アノード冷却器110、120の特徴を有する、単部品アノード冷却器によって置換され得、そのような単部品冷却器は、固体金属または他の材料片から機械加工され得る。したがって、「上部アノード冷却器」および「底部アノード冷却器」の本明細書での言及は、種々の実施形態において、単一の材料片から機械加工されるか、または(例えば、溶接、はんだ付け、またはろう付け等によって)実質的に恒久的に一緒に留められる複数の部品として製作されるかのいずれかである一体型「アノード冷却器」の対応する部分を指すと見なされ得る。 FIG. 1 depicts a two-piece anode cooler 100 according to an embodiment of the invention. As shown, cooler 100 includes, consists essentially of, or consists of a top anode cooler 110 located above a bottom anode cooler 120 . The upper anode cooler 110 typically features a platform 130 on which a laser emitter (not shown for clarity) is located. Platform 130 may be sized and shaped to accommodate a desired laser emitter (eg, a diode bar). As shown, the platform 130 may be slightly elevated above the rest of the upper anode cooler in the intended emission direction of the laser emitter. In other embodiments, the top surface of upper anode cooler 110 is substantially planar and platform 130 is part of that planar surface. Top anode cooler 110 may be secured to bottom anode cooler 120 via one or more screws or other fasteners, at least during operation. In other embodiments, the top and bottom anode coolers 110, 120 are attached together, for example, utilizing techniques such as welding, soldering, or brazing, thereby providing integrated one-piece anode cooling. Form a vessel. In such embodiments, the upper anode cooler 110 may not define holes or openings therethrough for receiving screws or other fasteners. In yet other embodiments, the top and bottom anode coolers 110, 120 may be replaced by single-piece anode coolers having the characteristics of the top and bottom anode coolers 110, 120 detailed herein; Such single-piece coolers may be machined from solid metal or other pieces of material. Accordingly, references herein to "top anode cooler" and "bottom anode cooler" refer to machined, in various embodiments, from a single piece of material or (e.g., welded, soldered) may be taken to refer to the corresponding parts of an integrated "anode cooler" that are either fabricated as multiple parts that are substantially permanently fastened together (by brazing, etc.).

下でより詳細に説明されるように、底部アノード冷却器120は、冷却噴出のアレイを組み込み、冷却噴出のアレイを通して、冷却流体(例えば、水)が流動し、レーザエミッタの直接下方の上部アノード冷却器110上の衝突表面に衝突する。冷却流体の噴出は、レーザエミッタを冷却し、それによって、性能および信頼性を改良し、および/または、高電流(したがって、高出力)動作を可能にする。上部アノード冷却器110および/または底部アノード冷却器120の全てまたは一部は、銅、CuW、タングステン、アルミナ、ムライト、ダイヤモンド、SiC、および/またはWC等の1つ以上の材料を含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得る。種々の実施形態において、上部および/または底部アノード冷却器110、120の全てまたは一部は、アルミニウム、銅、またはステンレス鋼等の別の材料を含み、本質的にそれらから成り、またはそれらから成り、上部および/または底部アノード冷却器110、120の少なくとも一部は、CuW、タングステン、WC、アルミナ、ムライト、ダイヤモンド、SiC、または流体誘発腐食および/または浸食に耐性がある1つ以上の他のコーティング材料等の1つ以上の材料のコーティングでコーティングされる。上部アノード冷却器110および/または底部アノード冷却器120の全てまたは一部は、電気絶縁し得る。 As described in more detail below, the bottom anode cooler 120 incorporates an array of cooling jets through which a cooling fluid (e.g., water) flows to the top anode directly below the laser emitter. impingement surface on cooler 110; The jet of cooling fluid cools the laser emitter, thereby improving performance and reliability and/or enabling high current (and therefore high power) operation. All or a portion of the top anode cooler 110 and/or the bottom anode cooler 120 may include or consist of one or more materials such as copper, CuW, tungsten, alumina, mullite, diamond, SiC, and/or WC. consists of or may consist of. In various embodiments, all or a portion of the top and/or bottom anode coolers 110, 120 include, consist essentially of, or consist of another material such as aluminum, copper, or stainless steel. , at least a portion of the top and/or bottom anode coolers 110, 120 are made of CuW, tungsten, WC, alumina, mullite, diamond, SiC, or one or more other materials that are resistant to fluid-induced corrosion and/or erosion. Coated with a coating of one or more materials, such as a coating material. All or a portion of top anode cooler 110 and/or bottom anode cooler 120 may be electrically insulated.

上部アノード冷却器110および/または底部アノード冷却器120の全てまたは一部は、異なる材料を含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得る。例えば、種々の実施形態において、上部アノード冷却器110が、SiC(例えば、単結晶SiC)を含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成る一方、底部アノード冷却器120は、アルミナを含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成る。上部および底部アノード冷却器の異なる材料の使用は、本発明の種々の実施形態において、1つ以上の利点を提供し得る。例えば、種々の実施形態において、上部アノード冷却器110が高い熱伝導率を有する一方、底部アノード冷却器120が、より低い熱伝導率を有することが望ましい。(例えば、種々の実施形態において、単結晶SiC冷却器の熱伝導率(温度に依存し得る)が、300~400W・m-1・K-1、またはさらに高く(例えば、最大約500W・m-1・K-1まで)及ぶ一方、アルミナ冷却器の熱伝導率は、5~30W・m-1・K-1に及び得る。)種々の実施形態において、上部アノード冷却器110の熱伝導率は、2倍以上、5倍以上、またはさらに10倍以上、底部アノード冷却器120の熱伝導率を上回る。上部アノード冷却器110の熱伝導率が底部アノード冷却器120のそれを超える実施形態において、熱が上部アノード冷却器110によってビームエミッタから容易に奪われ得るので、ビームエミッタの優れた熱制御を可能にし得る一方、底部アノード冷却器120自体は、ビームエミッタ、上部アノード冷却器110、またはそれを通して流動する冷却流体(本明細書に詳述されるようにビームエミッタから熱を吸収していることもある)からの熱によって誘発される温度変動(および同時機械的応力および/または変形)により耐性がある。 All or a portion of the top anode cooler 110 and/or the bottom anode cooler 120 may include, consist essentially of, or consist of different materials. For example, in various embodiments, top anode cooler 110 comprises, consists essentially of, or consists of SiC (e.g., single crystal SiC), while bottom anode cooler 120 comprises or consists of alumina. , consisting essentially of or consisting of. The use of different materials for the top and bottom anode coolers may provide one or more advantages in various embodiments of the invention. For example, in various embodiments, it is desirable for top anode cooler 110 to have a high thermal conductivity while bottom anode cooler 120 to have a lower thermal conductivity. (For example, in various embodiments, the thermal conductivity of the single crystal SiC cooler (which may depend on temperature) is between 300 and 400 W·m −1 ·K −1 , or even higher (e.g., up to about 500 W·m -1 ·K -1 ), while the thermal conductivity of the alumina cooler can range from 5 to 30 W·m -1 ·K -1 ). In various embodiments, the thermal conductivity of the upper anode cooler 110 The thermal conductivity exceeds the thermal conductivity of the bottom anode cooler 120 by a factor of 2 or more, 5 times or more, or even 10 times or more. In embodiments where the thermal conductivity of the top anode cooler 110 exceeds that of the bottom anode cooler 120, heat can be easily removed from the beam emitter by the top anode cooler 110, allowing for better thermal control of the beam emitter. While the bottom anode cooler 120 itself may be absorbing heat from the beam emitter, the top anode cooler 110, or a cooling fluid flowing through it (as detailed herein) more resistant to temperature fluctuations (and simultaneous mechanical stress and/or deformation) induced by heat from

種々の実施形態において、上部アノード冷却器110は、例えば、上部アノード冷却器と底部アノード冷却器との間の取り付け(種々の実施形態において、ろう付けまたははんだ継手取り付けを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得る)における電気化学腐食を防止するために、半導体材料および/または高い電気抵抗を有する材料(例えば、SiC)を含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成る。上部アノード冷却器110は、望ましくは、高い機械的強度も有し、その厚さが縮小されること、または最小化されることを可能にし、上部アノード冷却器110の下方の冷却流体の圧力からの曲がりに対する抵抗を維持しながら、冷却流体の冷却効果を最大化し得る。そのような曲がりは、レーザデバイスにおける「スマイル」欠陥と、レーザデバイスが動作するレーザシステムの性能および/または効率の同時損失とをもたらし得る。 In various embodiments, the top anode cooler 110 may include, for example, an attachment between the top anode cooler and a bottom anode cooler (in various embodiments, including or essentially a brazed or soldered joint attachment). containing, consisting essentially of, or consisting of semiconducting materials and/or materials with high electrical resistance (e.g., SiC) to prevent electrochemical corrosion in Consists of. The upper anode cooler 110 desirably also has high mechanical strength, allowing its thickness to be reduced or minimized, and from the pressure of the cooling fluid below the upper anode cooler 110. The cooling effect of the cooling fluid can be maximized while maintaining resistance to bending. Such bending can result in "smile" defects in the laser device and a concomitant loss of performance and/or efficiency of the laser system in which the laser device operates.

上で述べられるように、種々の実施形態において、底部アノード冷却器120は、低い熱伝導率(例えば、アルミナ)を有する材料を含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成る。底部アノード冷却器120の低い熱伝導率は、冷却流体の低い温度から生じるレーザデバイスの曲がりまたは変形(および結果として生じる出力不安定)を防止し得る。本発明の種々の実施形態において、底部アノード冷却器120は、セラミック材料を含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成るので、そのような材料は、例えば、射出成型または3次元印刷等の付加製造技法を介して複雑な形状に形成され得る。 As mentioned above, in various embodiments, the bottom anode cooler 120 includes, consists essentially of, or consists of a material that has a low thermal conductivity (eg, alumina). The low thermal conductivity of the bottom anode cooler 120 may prevent bending or deformation of the laser device (and resulting output instability) resulting from the low temperature of the cooling fluid. In various embodiments of the present invention, the bottom anode cooler 120 comprises, consists essentially of, or consists of a ceramic material such that it can be fabricated by, for example, injection molding or three-dimensional printing. Complex shapes can be formed through additive manufacturing techniques.

図2は、図1の2部品アノード冷却器100を組み込んだレーザパッケージ150を描写し、レーザパッケージ150は、上部アノード冷却器110およびレーザエミッタプラットフォーム130(したがって、動作時、レーザエミッタ自体の少なくとも一部)の上に配置されたカソード冷却器200を追加している。カソード冷却器200は、レーザエミッタから追加の熱を奪うことによって、パッケージ化されたデバイスの熱的性能を改良し得る。カソード冷却器200は、パッケージ化されたデバイスの機械的安定性も改良し、それによって、パッケージ化、焼き付き、および/または、動作中のレーザエミッタの変形を最小化し得るか、または、実質的に排除し得る。カソード冷却器200は、受動的に冷却し得る、または1つ以上の内部チャネルを組み込み、それを通して冷却流体を伝導し得る。すなわち、いくつかの実施形態において、カソード冷却器200は、それを通して冷却流体を伝導するように構成され得る一方、他の実施形態において、カソード冷却器200は、中実であり、それを通して冷却流体を受け入れないように、または伝導しないように構成され得る。種々の実施形態において、カソード冷却器200は、その上にレーザエミッタを受け入れないように構成され、すなわち、カソード冷却器200は、レーザエミッタプラットフォームを組み込まないこともあり、その上の別のレーザエミッタの取り付けのためにサイズ決定、成形、および/または、構成されないこともある。示されるように、カソード冷却器200は、底部アノード冷却器120のそれより、面積、長さ、および/または幅が小さい上部および/または底面を有し得る。すなわち、種々の実施形態において、カソード冷却器200は、底部アノード冷却器120および/または上部アノード冷却器110の全体に重ならない(および/またはそれらと異なるサイズを有する)。 FIG. 2 depicts a laser package 150 that incorporates the two-part anode cooler 100 of FIG. A cathode cooler 200 is added, which is located above the section). Cathode cooler 200 may improve the thermal performance of the packaged device by removing additional heat from the laser emitter. Cathode cooler 200 also improves the mechanical stability of the packaged device, thereby minimizing or substantially reducing packaging, burn-in, and/or deformation of the laser emitter during operation. can be eliminated. Cathode cooler 200 may be passively cooled or may incorporate one or more internal channels through which a cooling fluid is conducted. That is, in some embodiments, cathode cooler 200 may be configured to conduct cooling fluid therethrough, while in other embodiments, cathode cooler 200 is solid and conducts cooling fluid therethrough. may be configured not to accept or conduct. In various embodiments, the cathode cooler 200 is configured not to receive a laser emitter thereon, i.e., the cathode cooler 200 may not incorporate a laser emitter platform or another laser emitter thereon. may not be sized, shaped, and/or configured for attachment. As shown, cathode cooler 200 may have a top and/or bottom surface that is smaller in area, length, and/or width than that of bottom anode cooler 120. That is, in various embodiments, cathode cooler 200 does not entirely overlap (and/or has a different size than) bottom anode cooler 120 and/or top anode cooler 110.

カソード冷却器200は、上部および底部アノード冷却器110、120に関して上で規定される材料のうちの1つ以上のものを含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得るか、または、上部および底部アノード冷却器110、120に関して上で規定される材料のうちの1つ以上のもので、または1つ以上の他の材料でコーティングされる1つ以上の追加の材料(例えば、アルミニウム、銅、ステンレス鋼)を含むか、本質的にそれらから成るか、またはそれらから成り得る。他の実施形態において、カソード冷却器200は、銅(例えば、コーティングされていない銅)を含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成り得る。種々の実施形態において、カソード冷却器200は、上部および底部アノード冷却器110、120に関して上で説明されるような電気絶縁材料を含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成り得る。 The cathode cooler 200 may include, consist essentially of, or consist of one or more of the materials defined above for the top and bottom anode coolers 110, 120, or , one or more of the materials specified above for the top and bottom anode coolers 110, 120, or coated with one or more other materials (e.g., aluminum , copper, stainless steel), consisting essentially of them, or consisting of them. In other embodiments, cathode cooler 200 may include, consist essentially of, or consist of copper (eg, uncoated copper). In various embodiments, cathode cooler 200 may include, consist essentially of, or consist of electrically insulating materials such as those described above with respect to top and bottom anode coolers 110, 120.

図3A、3B、および3Cは、それぞれ、本発明の種々の実施形態による底部アノード冷却器120の斜視図、上面図、および底面図である。示されるように、底部アノード冷却器120は、略直線的であり得、上部アノード冷却器110および/またはレーザシステム内の下層基板またはマウントまたは他のハードウェアへの底部アノード冷却器120の接続のための1つ以上の貫通孔300を特徴とし得る。底部アノード冷却器120の上面の少なくとも一部310は、開口部(または「ポート」)320のアレイを画定し、それを通して、冷却流体が、上部アノード冷却器110に向かって方向付けられ、底部アノード冷却器110のこの部分は、本明細書では「能動的冷却部分」310とも称される。開口部320は、実質的に円筒形状であり得、開口部320の断面積は、それらの厚さを通して実質的に一定であり得る。他の実施形態において、開口部320のうちの1つ以上のものの側壁は、テーパ状になり、ノズルを形成する。種々の実施形態において、開口部320の中心間間隔は、約0.1mm~約8mmに及ぶ。種々の実施形態において、開口部320の直径(または他の横寸法、例えば、非円形開口部を特徴とする実施形態において、幅)は、約0.025mm~約5mmに及ぶ。底部アノード冷却器120の能動的冷却部分310は、実質的に長方形状であり得、底部アノード冷却器120の上面の残りの部分と実質的に同一平面上にあり得る。他の実施形態において、図3Aに示されるように、能動的冷却部分310は、底部アノード冷却器120の上面の残りの部分から上向きに、例えば、約0.1mm~約5mm延びている。さらに他の実施形態において、能動的冷却部分(少なくとも開口部320)は、底部アノード冷却器120の上面の残りの部分の下方に、例えば、約0.025mm~約50mm凹所に置かれる。 3A, 3B, and 3C are perspective, top, and bottom views, respectively, of a bottom anode cooler 120 according to various embodiments of the invention. As shown, the bottom anode cooler 120 can be generally straight, with the connection of the bottom anode cooler 120 to the top anode cooler 110 and/or to the underlying substrate or mount or other hardware within the laser system. may feature one or more through holes 300 for. At least a portion 310 of the top surface of the bottom anode cooler 120 defines an array of openings (or "ports") 320 through which cooling fluid is directed toward the top anode cooler 110 and toward the bottom anode cooler 110. This portion of cooler 110 is also referred to herein as the “active cooling portion” 310. The openings 320 may be substantially cylindrical in shape and the cross-sectional area of the openings 320 may be substantially constant through their thickness. In other embodiments, the sidewalls of one or more of the openings 320 are tapered to form a nozzle. In various embodiments, the center-to-center spacing of openings 320 ranges from about 0.1 mm to about 8 mm. In various embodiments, the diameter (or other lateral dimension, eg, width, in embodiments featuring non-circular openings) of opening 320 ranges from about 0.025 mm to about 5 mm. The active cooling portion 310 of the bottom anode cooler 120 may be substantially rectangular in shape and may be substantially coplanar with the remainder of the top surface of the bottom anode cooler 120. In other embodiments, as shown in FIG. 3A, the active cooling portion 310 extends upwardly from the remainder of the top surface of the bottom anode cooler 120, for example, from about 0.1 mm to about 5 mm. In yet other embodiments, the active cooling portion (at least opening 320) is recessed below the remainder of the top surface of bottom anode cooler 120, for example, about 0.025 mm to about 50 mm.

底部アノード冷却器120は、冷却流体の入口および出口のための通路330も特徴とし、冷却流体は、底部アノード冷却器120を通して、(下記により詳細に議論されるように)能動的冷却部分310を通して上部アノード冷却器110に向かって、(例えば、能動的冷却部分の周辺に近接する1つ以上の開口部を介して)底部アノード冷却器120から外に戻るように流動する。動作時、底部アノード冷却器120の中へ、それを通した、およびそこから外への冷却流体の流動は、パルス化され得るか、または、実質的に連続的であり得る。 The bottom anode cooler 120 also features passageways 330 for the inlet and outlet of cooling fluid, which is routed through the bottom anode cooler 120 and through the active cooling section 310 (as discussed in more detail below). It flows toward the top anode cooler 110 and back out from the bottom anode cooler 120 (eg, through one or more openings proximate the perimeter of the active cooling section). In operation, the flow of cooling fluid into, through, and out of bottom anode cooler 120 may be pulsed or substantially continuous.

図4は、底部アノード冷却器120内の開口部320のうちの1つによって形成される単一の冷却流体噴出400の概略図を描写し、図において、ノズルの端部(本発明の実施形態では上向きに面するが、図4では下に面する)は、衝突表面(それに向かって冷却流体が流動する。例えば、上部アノード冷却器の衝突表面の少なくとも一部)から、距離zだけ間隔を置かれている。
開口部320と衝突表面との間のこの距離zは、底部アノード冷却器120と上部アノード冷却器110との間に形成される「混合チャネル」の高さを画定し、混合チャネルの中、冷却流体が、衝突表面(したがって、その上に配置されるレーザエミッタ)を冷却するために開口部320から噴出させられる。種々の実施形態において、混合チャネルは、衝突表面も含むと見なされ得る。ノズルは、直径dを有する。本発明の種々の実施形態によると、dに対するzの比は、約0.1~約30、約0.1~約2、約0.1~約1、約1~約2、約8~約30、約8~約10、約10~約30、約15~約30、または約20~約30であるように選択される。ノズル直径に対するノズル距離のそのような比は、種々の実施形態において、ノズルを通して流動する噴出から発生させられる乱流を介して、冷却流体の熱的性能を改良することが見出されており、この範囲外の比は、冷却流体の不十分な乱流、混合、および冷却作用をもたらし得る。種々の実施形態において、能動的冷却部分は、複数の異なる開口部320を特徴とする。そのような実施形態において、開口部320間の間隔は、(図4に描写されるように)噴出の停滞ゾーンを最小化するために、または、実質的に排除するために十分な各開口部から噴出させられる冷却流体の混合をもたらし得る。すなわち、隣接する噴出からの乱流および/または混合冷却流体は、噴出からの冷却作用を改良し、その逆も同様であり得る。
FIG. 4 depicts a schematic diagram of a single cooling fluid jet 400 formed by one of the openings 320 in the bottom anode cooler 120, and in the figure shows the end of the nozzle (in an embodiment of the present invention). facing upward in Figure 4 but facing downward in Figure 4) is spaced a distance z 0 from the impingement surface (towards which the cooling fluid flows, e.g. at least a portion of the impingement surface of the upper anode cooler). is placed.
This distance z 0 between the opening 320 and the impingement surface defines the height of the "mixing channel" formed between the bottom anode cooler 120 and the top anode cooler 110, in which the Cooling fluid is ejected from the opening 320 to cool the impingement surface (and thus the laser emitter disposed thereon). In various embodiments, the mixing channel may also be considered to include an impingement surface. The nozzle has a diameter d. According to various embodiments of the invention, the ratio of z 0 to d is about 0.1 to about 30, about 0.1 to about 2, about 0.1 to about 1, about 1 to about 2, about 8 to about 30, about 8 to about 10, about 10 to about 30, about 15 to about 30, or about 20 to about 30. Such a ratio of nozzle distance to nozzle diameter, in various embodiments, has been found to improve the thermal performance of the cooling fluid through the turbulence generated from the jets flowing through the nozzle; Ratios outside this range may result in insufficient turbulence, mixing, and cooling action of the cooling fluid. In various embodiments, the active cooling portion features a plurality of different openings 320. In such embodiments, the spacing between openings 320 is such that each opening is sufficient to minimize or substantially eliminate stagnation zones of ejection (as depicted in FIG. 4). may result in mixing of the cooling fluid ejected from the cooling fluid. That is, turbulence and/or mixing cooling fluid from adjacent jets can improve the cooling effect from the jets and vice versa.

図5Aおよび5Dは、それぞれ、本発明の種々の実施形態による上部アノード冷却器110の側面図および底面図である。示されるように、図5Bは、図5Aの図上の線5B-5Bを通した断面図であり、図5Cは、図5Bの一部の拡大図である。示されるように、上部アノード冷却器110は、レーザエミッタを支持するための略平面的な上部プラットフォーム130を有する。レーザエミッタプラットフォーム130の下方で、上部アノード冷却器110は、上部および底部アノード冷却器が一緒に取り付けられるときに底部アノード冷却器120の能動的冷却部分310を受け取るための凹所500を画定し得る。凹所510は、底部アノード冷却器120の能動的冷却部分310の全てまたは一部に適応するようにサイズおよび形状を決定された下側部分502を有し得る。種々の実施形態において、下側部分520の厚さ503は、能動的冷却部分310が底部アノード冷却器120の上面の残りの部分の上方に突出する高さとほぼ等しい。凹所510は、能動的冷却部分310によって生成される冷却液体噴出を受け取るための上側部分505も有し得る。 5A and 5D are side and bottom views, respectively, of top anode cooler 110 according to various embodiments of the invention. As shown, FIG. 5B is a cross-sectional view taken through line 5B-5B on the diagram of FIG. 5A, and FIG. 5C is an enlarged view of a portion of FIG. 5B. As shown, the upper anode cooler 110 has a generally planar upper platform 130 for supporting the laser emitter. Below the laser emitter platform 130, the top anode cooler 110 may define a recess 500 for receiving the active cooling portion 310 of the bottom anode cooler 120 when the top and bottom anode coolers are mounted together. . Recess 510 may have a lower portion 502 sized and shaped to accommodate all or a portion of active cooling portion 310 of bottom anode cooler 120. In various embodiments, the thickness 503 of the lower portion 520 is approximately equal to the height that the active cooling portion 310 projects above the remaining portion of the top surface of the bottom anode cooler 120. Recess 510 may also have an upper portion 505 for receiving the cooling liquid jet generated by active cooling portion 310.

凹所500の上側表面の少なくとも一部は、底部アノード冷却器120の能動的冷却部分310によって上向きに方向付けられる冷却流体の噴出を受け取るための衝突表面510を形成する。衝突表面510と上部アノード冷却器110の上面(レーザエミッタが配置される)との間の間隔520は、典型的に、極めて小さく、それによって、噴出の冷却有効性を向上させる。種々の実施形態において、この間隔520は、約0.1mm~約5mmに及ぶ。 At least a portion of the upper surface of recess 500 forms an impingement surface 510 for receiving a jet of cooling fluid directed upwardly by active cooling portion 310 of bottom anode cooler 120 . The spacing 520 between the impingement surface 510 and the top surface of the upper anode cooler 110 (where the laser emitter is located) is typically quite small, thereby improving the cooling effectiveness of the jet. In various embodiments, this spacing 520 ranges from about 0.1 mm to about 5 mm.

図5Bおよび5Cに示されるように、上部アノード冷却器110の衝突表面510の少なくとも一部は、その上に方向付けられる噴出の冷却効果を向上させるために、修正(すなわち、成形)され得る。例えば、衝突表面510は、レーザエミッタに向かって上向きに方向付けられた1つ以上のくぼみ530を画定し、衝突表面510の薄い成形領域を効果的に生成し得る。他の実施形態において、くぼみ530は、レーザエミッタから離れるように下向きに方向付けられ得る。くぼみ530(または他の形状)は、例えば、0.001mm~1.8mmの高さ540を有し得る。くぼみ530は、図5Dでは円形として描写され、規則的パターンで分配されるが、種々の実施形態において、くぼみ530は、他の形状を有し得、単一の上部アノード冷却器110内に種々の異なる形状を有し得、種々の異なる間隔または幾何学形状のうちのいずれかで分配および/または間隔を置かれ得る。 As shown in FIGS. 5B and 5C, at least a portion of the impingement surface 510 of the upper anode cooler 110 may be modified (i.e., shaped) to improve the cooling effectiveness of jets directed thereon. For example, the impingement surface 510 may define one or more indentations 530 oriented upwardly toward the laser emitter, effectively creating a thin shaped region of the impingement surface 510. In other embodiments, recess 530 may be oriented downwardly and away from the laser emitter. The depression 530 (or other shape) may have a height 540 of, for example, 0.001 mm to 1.8 mm. Although the depressions 530 are depicted as circular in FIG. may have different shapes and may be distributed and/or spaced in any of a variety of different spacings or geometries.

衝突表面510は、上部アノード冷却器110内の凹所の幅を横断して延びている1つ以上の支柱550を画定し得る。支柱550は、上部アノード冷却器110の1つ以上の周辺部分の厚さ(例えば、冷却流体噴出の熱的性能を改良するように成形または別様に薄層化され得る)を上回る厚さ560を有する上部アノード冷却器110の一部によって画定される。種々の実施形態において、上部アノード冷却器110内の凹所500内の1つ以上の支柱550の存在は、レーザエミッタの組立および/または動作中の上部アノード冷却器110の機械的強度を改良する(例えば、変形に抵抗する)。種々の実施形態によると、支柱550は、約0.01mm~約6.2mmに及ぶ支柱高さ560(すなわち、衝突表面の周辺部分の上方の延長の距離)を有し得る。支柱550は、約0.045mm~約6mmに及ぶ支柱幅570を有し得る。種々の実施形態において、隣接する支柱間の間隔580は、約0.25mm~約3.6mmに及び得る。支柱550は、長方形であり、一定の幅を有するものとして図5Dに描写されるが、種々の実施形態において、支柱550は、他の形状を有し得る。種々の実施形態において、上部アノード冷却器110は、支柱550を組み込まない。図5Dに示されるように、上部アノード冷却器110はま、上部アノード冷却器110と底部アノード冷却器120との結合を促進するための1つ以上の貫通孔590も特徴とし得る。種々の実施形態において、1つ以上の支柱550は、上部アノード冷却器110に形成されることに加えて、またはその代わりに、底部アノード冷却器120に形成され得る。 Impingement surface 510 may define one or more struts 550 extending across the width of a recess within upper anode cooler 110. The struts 550 have a thickness 560 that exceeds the thickness of one or more peripheral portions of the upper anode cooler 110 (e.g., which may be shaped or otherwise thinned to improve the thermal performance of the cooling fluid jets). is defined by a portion of the upper anode cooler 110 having a . In various embodiments, the presence of one or more struts 550 within the recess 500 within the upper anode cooler 110 improves the mechanical strength of the upper anode cooler 110 during assembly and/or operation of the laser emitter. (e.g. resist deformation). According to various embodiments, the struts 550 can have a strut height 560 (ie, the distance of extension above the peripheral portion of the impact surface) ranging from about 0.01 mm to about 6.2 mm. The struts 550 can have a strut width 570 ranging from about 0.045 mm to about 6 mm. In various embodiments, the spacing 580 between adjacent struts can range from about 0.25 mm to about 3.6 mm. Although struts 550 are depicted in FIG. 5D as being rectangular and having a constant width, in various embodiments struts 550 may have other shapes. In various embodiments, upper anode cooler 110 does not incorporate struts 550. As shown in FIG. 5D, the top anode cooler 110 may also feature one or more through holes 590 to facilitate coupling of the top anode cooler 110 and the bottom anode cooler 120. In various embodiments, one or more struts 550 may be formed in the bottom anode cooler 120 in addition to or instead of being formed in the top anode cooler 110.

図6Aおよび6Cは、本発明の追加の実施形態による、上部アノード冷却器110の追加の例示的実施形態の底面図である。示されるように、図6Bは、線6B-6Bに沿った図6Aの断面図であり、図6Dは、線6D-6Dに沿った図6Cの断面図である。図6Aに示されるように、上部アノード冷却器100の衝突表面510は、間隔610において間隔を置かれた凹所溝600のパターンを形成するように修正され得る。種々の実施形態において、間隔610は、約0.01mm~約2.8mmに及び得る。図6Cに示されるように、上部アノード冷却器100の衝突表面510は、高められた(すなわち、上部アノード冷却器110の上面から離れるように)スタッド620のパターンを形成するように修正され得る。示されるように、スタッド620は、断面が実質的に正方形または長方形であり得、規則的パターンまたはグリッドに配置され得る。他の実施形態において、スタッド620の全てまたはいくつかは、他の断面形状(例えば、円形、多角形等)を有し得る。種々の実施形態において、スタッド620のうちの1つ以上のもののサイズは、その厚さ(すなわち、高さ)に沿って変動し得る。例えば、スタッド620のうちの1つ以上のもののサイズは、レーザプラットフォーム130から離れる方向に増加または減少し得る。各スタッド620の幅(または他の横寸法)は、例えば、0.1mm~5mmに及び得る。隣接スタッド620の間の間隔は、例えば、0.1mm~5mmに及び得る。図6Aおよび6Cの実施形態も、上で説明されるような、かつ図5B-5Dに示されるような1つ以上の支柱550を特徴とし得る。 6A and 6C are bottom views of additional exemplary embodiments of upper anode cooler 110, according to additional embodiments of the present invention. As shown, FIG. 6B is a cross-sectional view of FIG. 6A along line 6B-6B, and FIG. 6D is a cross-sectional view of FIG. 6C along line 6D-6D. As shown in FIG. 6A, the impingement surface 510 of the upper anode cooler 100 may be modified to form a pattern of recessed grooves 600 spaced at intervals 610. In various embodiments, spacing 610 can range from about 0.01 mm to about 2.8 mm. As shown in FIG. 6C, the impingement surface 510 of the upper anode cooler 100 may be modified to form a pattern of studs 620 that are raised (i.e., away from the top surface of the upper anode cooler 110). As shown, the studs 620 can be substantially square or rectangular in cross-section and can be arranged in a regular pattern or grid. In other embodiments, all or some of the studs 620 may have other cross-sectional shapes (eg, circular, polygonal, etc.). In various embodiments, the size of one or more of the studs 620 may vary along its thickness (ie, height). For example, the size of one or more of the studs 620 may increase or decrease in a direction away from the laser platform 130. The width (or other lateral dimension) of each stud 620 may range, for example, from 0.1 mm to 5 mm. The spacing between adjacent studs 620 may range, for example, from 0.1 mm to 5 mm. The embodiment of FIGS. 6A and 6C may also feature one or more struts 550 as described above and shown in FIGS. 5B-5D.

図7は、本発明の実施形態による、図2の斜視図に対応する組み立てられたレーザパッケージ150の断面/側面図である。示されるように、レーザパッケージ150は、上部および底部アノード冷却器110、120、および上に重なるカソード冷却器200を特徴とする。カソード冷却器200と上部アノード冷却器とは、それらの間に、レーザエミッタを受け取るための開口部700を画定し、開口部内に受け取られると、レーザエミッタは、底部アノード冷却器120から出現し、上部アノード冷却器110の衝突表面510に衝打する冷却流体噴出を介して、冷却される。図7上に示されるように、上部アノード冷却器110の衝突表面510と底部アノード冷却器120の能動的冷却部分310の上側表面との間の距離710は、上で議論され、図4に描写される距離zに対応する。 FIG. 7 is a cross-sectional/side view of an assembled laser package 150 corresponding to the perspective view of FIG. 2, according to an embodiment of the invention. As shown, laser package 150 features top and bottom anode coolers 110, 120 and an overlying cathode cooler 200. The cathode cooler 200 and the top anode cooler define an opening 700 therebetween for receiving the laser emitter, and when received within the opening, the laser emitter emerges from the bottom anode cooler 120 and Cooling occurs via jets of cooling fluid that impinge on the impingement surface 510 of the upper anode cooler 110. As shown on FIG. 7, the distance 710 between the impingement surface 510 of the top anode cooler 110 and the upper surface of the active cooling portion 310 of the bottom anode cooler 120 is the distance 710 discussed above and depicted in FIG. corresponds to the distance z 0 .

図8A-8Cは、本発明の種々の実施形態による別の2部品アノード冷却器100を描写する。示されるように、種々の実施形態において、上部アノード冷却器110は、その中に凹所を画定しないこともある。代わりに、図8A-8Cに示されるように、上部アノード冷却器110の上面および底面は、スタッド620のアレイ等の複数の突出特徴を特徴とし得る衝突表面510の全てまたは一部を除いて、実質的に平面的であり得る。すなわち、上部アノード冷却器の上面110の全てまたは一部は、レーザプラットフォーム130であり得、レーザプラットフォーム130は、上部アノード冷却器110の上面の任意の他の部分と実質的に同一平面上にあり得る。そのような実施形態において、上部アノード冷却器110は、冷却流体ポート320の上部開口部の上方で底部アノード冷却器120に画定される凹所800を覆うように、および/またはシールするように構成(例えば、サイズおよび形状を決定)され得る。したがって、種々の実施形態において、底部アノード冷却器120のいずれの部分も、上部アノード冷却器110の任意の部分によって包囲されない、またはその内側に収まらない。種々の実施形態において、(例えば、底部アノード冷却器120の上面における)凹所800の長さおよび/または幅は、例えば、約0.5mm~約50mm、または約3mm~約50mm、または約3mm~約30mm、または約10mm~約30mm、または約5mm~約30mm、または約5mm~約20mm、または約1mm~約20mmに及び得る。種々の実施形態において、凹所800の上部の長さが、その幅と異なる一方、他の実施形態において、長さおよび幅は、互いにほぼ等しい。種々の実施形態において、上部アノード冷却器110の上面は、凹所800のそれより約20%、約30%、約50%、または約100%大きい長さおよび/または幅を有する。 8A-8C depict another two-piece anode cooler 100 according to various embodiments of the invention. As shown, in various embodiments, upper anode cooler 110 may not define a recess therein. Alternatively, as shown in FIGS. 8A-8C, the top and bottom surfaces of the upper anode cooler 110, except for all or a portion of the impingement surface 510, may feature a plurality of protruding features, such as an array of studs 620. It can be substantially planar. That is, all or a portion of the top surface 110 of the top anode cooler can be a laser platform 130 that is substantially coplanar with any other portion of the top surface of the top anode cooler 110. obtain. In such embodiments, the top anode cooler 110 is configured to cover and/or seal a recess 800 defined in the bottom anode cooler 120 above the top opening of the cooling fluid port 320. (e.g., determine size and shape). Thus, in various embodiments, no portion of bottom anode cooler 120 is surrounded by or fits within any portion of upper anode cooler 110. In various embodiments, the length and/or width of recess 800 (e.g., in the top surface of bottom anode cooler 120) is, for example, about 0.5 mm to about 50 mm, or about 3 mm to about 50 mm, or about 3 mm. It may range from about 30 mm, or about 10 mm to about 30 mm, or about 5 mm to about 30 mm, or about 5 mm to about 20 mm, or about 1 mm to about 20 mm. In various embodiments, the length of the top of recess 800 is different than its width, while in other embodiments the length and width are approximately equal to each other. In various embodiments, the top surface of upper anode cooler 110 has a length and/or width that is about 20%, about 30%, about 50%, or about 100% greater than that of recess 800.

種々の実施形態において、上部アノード冷却器110は、例えば、接着剤、はんだ、および/またはろう付け材料を含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成り得る取り付け材料810を介して、底部アノード冷却器120に取り付けられ得る。他の実施形態において、以前の図に示されるように、上部アノード冷却器110は、1つ以上のねじまたは他の留め具を介して、底部アノード冷却器120に取り付けられ得る。(図8Bに示されるように、上部アノード冷却器110の上面は、それへのレーザエミッタの取り付けのためにその上に取り付け材料(取り付け材料810に関して説明されるもののうちのいずれか等)を組み込み得る。) In various embodiments, the top anode cooler 110 connects to the bottom anode via an attachment material 810 that may include, consist essentially of, or consist of, for example, adhesives, solders, and/or brazing materials. It can be attached to cooler 120. In other embodiments, the top anode cooler 110 may be attached to the bottom anode cooler 120 via one or more screws or other fasteners, as shown in the previous figures. (As shown in FIG. 8B, the top surface of the upper anode cooler 110 incorporates a mounting material (such as any of those described with respect to mounting material 810) thereon for attachment of a laser emitter thereto. obtain.)

図8A-8Cにも示されるように、底部アノード冷却器120は、(例えば、外部リザーバまたは熱交換器から)冷却流体を受け取るための下側凹所820を画定し得る。冷却流体は、下側凹所820からポート320の中に流動し、上部アノード冷却器110の衝突表面510に衝突する冷却流体噴出を形成する。したがって、本発明の種々の実施形態において、冷却流体ポートは、下側凹所820を上側凹所800に流体的に接続する。すなわち、種々の実施形態において、冷却流体ポートは、底部アノード冷却器120の上面および/または底面まで延びていない。そのような実施形態は、冷却流体の有益な混合、および冷却流体ポートの下方および上方の両方に優れた熱制御を提供し得る。 As also shown in FIGS. 8A-8C, bottom anode cooler 120 may define a lower recess 820 for receiving cooling fluid (eg, from an external reservoir or heat exchanger). The cooling fluid flows from the lower recess 820 into the port 320 and forms a cooling fluid jet that impinges on the impingement surface 510 of the upper anode cooler 110. Thus, in various embodiments of the invention, the cooling fluid port fluidly connects the lower recess 820 to the upper recess 800. That is, in various embodiments, the cooling fluid ports do not extend to the top and/or bottom surface of bottom anode cooler 120. Such embodiments may provide beneficial mixing of cooling fluids and superior thermal control both below and above the cooling fluid ports.

冷却流体がレーザプラットフォーム130上のレーザエミッタを冷却した後、1つ以上の出口チャネル830を介して、底部アノード冷却器120から流出し得る。示されるように、出口チャネル830は、部分的にのみ凹所800に交差し得;すなわち、凹所800から離れた出口チャネル830の直径(または幅または他の横方向)は、出口チャネル830を凹所800と実際に流体的に接続する出口チャネル830の末端のサイズより大きくあり得る。そのような実施形態は、出口チャネル830を通した排出率を有益に減速し、凹所800内の十分な混合および冷却を確実にし得る。種々の実施形態において、出口チャネル830の断面積は、それからの冷却流体の流動に適応するために、ポート320の断面積の総和を上回るか、または、それとほぼ等しい。種々の実施形態において、底部アノード冷却器120は、基部プラットフォーム(例えば、各々がその上にレーザエミッタを伴う複数の異なるアノード冷却器120のための基部)上に搭載され、および/または、それに取り付けられ得、下側凹所820が、流体源(例えば、基部プラットフォーム内の送給ラインまたはポート)に流体的に接続され得る一方、出口チャネル830は、流体シンク(例えば、基部プラットフォーム内の流体ラインまたはポート)に流体的に接続され得る。下側凹所820および/または出口チャネル830は、例えば、冷却流体の漏出を防止するためのOリングまたは他のシーリングエージェントを介して、基部プラットフォームにシールされ得る。図8A-8Cに示されるように、冷却中、冷却流体は、(すなわち、ポート320から)その底部における凹所800に流入し得、その外側面における凹所800から退出し、それによって、ポートによって形成される冷却噴出のために利用可能な面積を最大化し得る。 After the cooling fluid cools the laser emitter on the laser platform 130, it may exit the bottom anode cooler 120 via one or more outlet channels 830. As shown, the outlet channel 830 may only partially intersect the recess 800; that is, the diameter (or width or other lateral direction) of the outlet channel 830 away from the recess 800 may overlap the outlet channel 830. It may be larger than the size of the end of the outlet channel 830 that actually fluidly connects with the recess 800. Such embodiments may beneficially slow the rate of evacuation through outlet channel 830 and ensure sufficient mixing and cooling within recess 800. In various embodiments, the cross-sectional area of the outlet channels 830 is greater than or approximately equal to the sum of the cross-sectional areas of the ports 320 to accommodate the flow of cooling fluid therefrom. In various embodiments, the bottom anode cooler 120 is mounted on and/or attached to a base platform (e.g., a base for multiple different anode coolers 120, each with a laser emitter thereon). and the lower recess 820 may be fluidly connected to a fluid source (e.g., a delivery line or port in the base platform), while the outlet channel 830 may be fluidly connected to a fluid sink (e.g., a fluid line or port in the base platform). or a port). Lower recess 820 and/or outlet channel 830 may be sealed to the base platform, for example, via an O-ring or other sealing agent to prevent leakage of cooling fluid. As shown in FIGS. 8A-8C, during cooling, cooling fluid may enter the recess 800 at its bottom (i.e., from port 320) and exit from the recess 800 at its outer surface, thereby causing the port The area available for cooling jets formed by the cooling jets can be maximized.

種々の実施形態において、ポート320の中心間間隔は、例えば、約0.1mm~約8mmに及び得る。種々の実施形態において、ポート320の直径(または幅)は、例えば、約0.025mm~約5mmに及び得る。種々の実施形態において、スタッド620(および/または上部アノード冷却器110の底面から突出する他の特徴)は、例えば、約0.01mm~約15mmに及ぶ高さを有し得る。図8A-8Cに示されていないが、種々の実施形態において、図8A-8Cに示されるアノード冷却器100も、その上のカソード冷却器200とともに利用され得る。 In various embodiments, the center-to-center spacing of ports 320 can range from about 0.1 mm to about 8 mm, for example. In various embodiments, the diameter (or width) of port 320 can range from about 0.025 mm to about 5 mm, for example. In various embodiments, the studs 620 (and/or other features protruding from the bottom surface of the upper anode cooler 110) can have a height ranging from about 0.01 mm to about 15 mm, for example. Although not shown in FIGS. 8A-8C, in various embodiments the anode cooler 100 shown in FIGS. 8A-8C may also be utilized with a cathode cooler 200 thereon.

示されるように、上部アノード冷却器110は、極めて薄くあり得、したがって、底部アノード冷却器120は、上部アノード冷却器120の上部上のレーザエミッタによって放出されるビーム(例えば、その発散)に適応するための前部くぼみ840をその中に画定し得る。すなわち、種々の実施形態において、底部アノード冷却器120の上面は、放出されたビームの方向へ上部アノード冷却器110の前方に位置付けられる前部くぼみ840を除いて、(凹所800およびその中に形成される任意の貫通孔300を除いて)実質的に平面的であり得る。前部くぼみ840の上部における底部アノード冷却器120の縁はまた、ビームエミッタおよび/またはそれに関連付けられる、またはそれに留められる光学系のための整列表面を有益に提供し得る。前部くぼみ840では、底部アノード冷却器120の上面は、上面の下方に、例えば、約0.025mm~約20mm凹所に置かれ得る。種々の実施形態において、前部くぼみ840の領域内の底部アノード冷却器120の厚さは、例えば、底部アノード冷却器120の残りの部分の厚さの約85%未満、約75%未満、または約50%未満であり得る。種々の実施形態において、前部くぼみ840の領域内の底部アノード冷却器120の厚さは、例えば、底部アノード冷却器120の残りの部分の厚さの少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、または少なくとも70%であり得る。 As shown, the top anode cooler 110 can be quite thin, such that the bottom anode cooler 120 accommodates the beam (e.g., its divergence) emitted by the laser emitter above the top of the top anode cooler 120. A front recess 840 may be defined therein for providing access. That is, in various embodiments, the top surface of the bottom anode cooler 120 (with a recess 800 and may be substantially planar (except for any through-holes 300 formed). The edge of the bottom anode cooler 120 at the top of the front recess 840 may also beneficially provide an alignment surface for the beam emitter and/or optics associated with or fastened thereto. In the front recess 840, the top surface of the bottom anode cooler 120 may be recessed below the top surface, for example, about 0.025 mm to about 20 mm. In various embodiments, the thickness of the bottom anode cooler 120 in the region of the front recess 840 is, for example, less than about 85%, less than about 75%, or less than the thickness of the remainder of the bottom anode cooler 120. It can be less than about 50%. In various embodiments, the thickness of the bottom anode cooler 120 in the region of the front recess 840 is, for example, at least 40%, at least 50%, at least 60% of the thickness of the remainder of the bottom anode cooler 120. , or at least 70%.

示されるように、上部アノード冷却器110は、底部アノード冷却器120の上面に重複し、それに取り付けられ得る外側部分を有し得る。外側部分は、衝突表面(例えば、スタッドおよび/またはくぼみ等の特徴)が配置された内側部分を包囲し得る。上部アノード冷却器110の外側部分の厚さは、例えば、約0.05mm~約5mm、約0.05mm~約2mm、約0.5mm~約2mm、または約1mm~約5mmに及び得る。種々の実施形態において、上部アノード冷却器110の内側部分の厚さは、衝突特徴が、例えば、約0.05mm~約5mm、約0.05mm~約2mm、約0.5mm~約2mm、または約1mm~約5mmにおよび得る距離だけ内側部分から突出し得ることを除いて、外側部分のそれとほぼ同一である。種々の実施形態において、底部アノード冷却器120(少なくとも凹所800を画定する部分および/または前部くぼみ840を除く部分)の厚さまたは高さは、上部アノード冷却器110のそれよりかなり厚い。そのような実施形態は、材料の厚さ(それを通してビームエミッタによって発生させられる熱が奪われる)を最小化しながら、底部アノード冷却器120内の強力な冷却噴出の形成を有益に可能にする。例えば、底部アノード冷却器120の厚さは、例えば、約0.8mm~約35mm、約5mm~約35mm、約10mm~約35mm、または約20mm~約35mmに及び得る。種々の実施形態において、底部アノード冷却器120の厚さは、上部アノード冷却器110(例えば、その内側部分または外側部分のいずれか)の厚さを約50%、約100%、約200%、約300%、約400%、約500%、またはさらに約700%を超え得る。 As shown, the top anode cooler 110 can have an outer portion that overlaps and can be attached to the top surface of the bottom anode cooler 120. The outer portion may surround an inner portion in which impact surfaces (eg, features such as studs and/or indentations) are located. The thickness of the outer portion of the upper anode cooler 110 may range, for example, from about 0.05 mm to about 5 mm, from about 0.05 mm to about 2 mm, from about 0.5 mm to about 2 mm, or from about 1 mm to about 5 mm. In various embodiments, the thickness of the inner portion of the upper anode cooler 110 is such that the impingement feature is, for example, about 0.05 mm to about 5 mm, about 0.05 mm to about 2 mm, about 0.5 mm to about 2 mm, or It is substantially identical to that of the outer portion, except that it may protrude from the inner portion by a distance ranging from about 1 mm to about 5 mm. In various embodiments, the thickness or height of the bottom anode cooler 120 (at least the portions defining the recess 800 and/or excluding the front recess 840) is significantly thicker than that of the top anode cooler 110. Such an embodiment advantageously allows for the formation of a strong cooling jet within the bottom anode cooler 120 while minimizing the material thickness through which the heat generated by the beam emitter is removed. For example, the thickness of the bottom anode cooler 120 can range, for example, from about 0.8 mm to about 35 mm, from about 5 mm to about 35 mm, from about 10 mm to about 35 mm, or from about 20 mm to about 35 mm. In various embodiments, the thickness of the bottom anode cooler 120 is about 50%, about 100%, about 200% the thickness of the top anode cooler 110 (eg, either its inner or outer portion), It may exceed about 300%, about 400%, about 500%, or even about 700%.

上部アノード冷却器110の1つ以上の寸法(例えば、長さおよび/または幅)および/または表面積は、底部アノード冷却器120の対応する寸法および/または表面積未満であり得る。例えば、種々の実施形態において、(例えば、前部くぼみ840に向かってレーザエミッタによって放出されるビームのそれと平行な方向への)上部アノード冷却器110の長さは、底部アノード冷却器120(および/またはその上面)の対応する長さの75%未満、50%未満、40%未満、30%未満、またはさらに20%未満であり得る。種々の実施形態において、上部アノード冷却器110の長さおよび/または幅は、例えば、約2mm~約50mm、約2mm~約20mm、約2mm~約10mm、または約10mm~約20mmに及び得る。 One or more dimensions (eg, length and/or width) and/or surface area of top anode cooler 110 may be less than a corresponding dimension and/or surface area of bottom anode cooler 120. For example, in various embodiments, the length of top anode cooler 110 (e.g., in a direction parallel to that of the beam emitted by the laser emitter toward front recess 840) is longer than the length of bottom anode cooler 120 (and and/or its upper surface) may be less than 75%, less than 50%, less than 40%, less than 30%, or even less than 20% of the corresponding length. In various embodiments, the length and/or width of the upper anode cooler 110 may range, for example, from about 2 mm to about 50 mm, from about 2 mm to about 20 mm, from about 2 mm to about 10 mm, or from about 10 mm to about 20 mm.

種々の実施形態において、底部アノード冷却器120の(例えば、その上面および/または底面の)長さ(すなわち、図8Cに示される寸法)は、上部アノード冷却器110のそれより少なくとも50%、少なくとも100%、少なくとも150%、少なくとも200%、少なくとも300%、少なくとも400%、または少なくとも500%大きくあり得る。種々の実施形態において、底部アノード冷却器120の長さは、例えば、約10mm~約75mm、または約20mm~約75mm、約30mm~約75mm、または約40mm~約75に及び得る。 In various embodiments, the length of the bottom anode cooler 120 (e.g., of its top and/or bottom surface) (i.e., the dimensions shown in FIG. 8C) is at least 50% greater than that of the top anode cooler 110, at least It can be greater than 100%, at least 150%, at least 200%, at least 300%, at least 400%, or at least 500%. In various embodiments, the length of the bottom anode cooler 120 can range, for example, from about 10 mm to about 75 mm, or from about 20 mm to about 75 mm, from about 30 mm to about 75 mm, or from about 40 mm to about 75 mm.

種々の実施形態において、底部アノード冷却器120の幅(すなわち、図8Cのページの中への寸法)は、上部アノード冷却器110のそれより少なくとも10%、少なくとも25%、少なくとも50%、少なくとも100%、少なくとも150%、少なくとも200%、少なくとも300%、少なくとも400%、または少なくとも500%大きくあり得る。種々の実施形態において、底部アノード冷却器120の幅は、例えば、約2mm~約55mm、約3mm~約55mm、約5mm~約55mm、約10mm~約55mm、または約20mm~約55mmに及び得る。 In various embodiments, the width of the bottom anode cooler 120 (i.e., the dimension into the page of FIG. 8C) is at least 10%, at least 25%, at least 50%, at least 100% larger than that of the top anode cooler 110. %, at least 150%, at least 200%, at least 300%, at least 400%, or at least 500%. In various embodiments, the width of the bottom anode cooler 120 can range, for example, from about 2 mm to about 55 mm, from about 3 mm to about 55 mm, from about 5 mm to about 55 mm, from about 10 mm to about 55 mm, or from about 20 mm to about 55 mm. .

種々の実施形態において、上部アノード冷却器110および底部アノード冷却器120は、上部アノード冷却器110および底部アノード冷却器120の上面および/または底面と略平行な冷却流体の流動のために向けられたその中に画定されるどんなチャネル(例えば、流体チャネル)も欠いている。そして、示されるように、種々の実施形態において、上部アノード冷却器110は、その中のどんな流体チャネルも完全に欠き得る。したがって、本発明の種々の実施形態は、そのようなチャネルを組み込む冷却器と比較して、優れた機械的強度を提供し得る。 In various embodiments, top anode cooler 110 and bottom anode cooler 120 are oriented for cooling fluid flow generally parallel to the top and/or bottom surfaces of top anode cooler 110 and bottom anode cooler 120. It lacks any channels (eg, fluid channels) defined therein. And, as shown, in various embodiments, the upper anode cooler 110 may be completely devoid of any fluid channels therein. Accordingly, various embodiments of the present invention may provide superior mechanical strength compared to coolers incorporating such channels.

図8Dは、図8A-8Dに描写される上部アノード冷却器110の裏面の図である。示されるように、種々の実施形態において、衝突表面510(または「内側部分」)は、底部アノード冷却器120内の凹所800の開口部のほぼ同一のサイズおよび形状を有し得、衝突表面510に方向付けられる冷却流体噴出の冷却を向上させるスタッド620等の1つ以上の(典型的に、複数の)突出特徴を含み得る。上で述べられるように、衝突表面510は、そうでなければ上部アノード冷却器110の底面の外側境界(または「外側部分」)840と実質的に同一平面上にあり得るが、しかしながら、種々の実施形態において、衝突表面510は、外側境界840と同一平面上ではなく、すなわち、衝突表面510は、外側境界840の下または上方に突出し得る。図8Aおよび8Bに示されるように、外側境界840は、取り付け材料810を受け取り得、したがって、上部アノード冷却器110を底部アノード冷却器120に取り付け得る。種々の実施形態において、衝突表面510(および/またはその上の任意の突出特徴)は、外側境界840および/または上部アノード冷却器110の別の部分(例えば、その上面)のそれと異なる材料を含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成り得る。 FIG. 8D is a backside view of the upper anode cooler 110 depicted in FIGS. 8A-8D. As shown, in various embodiments, the impingement surface 510 (or "inner portion") can have approximately the same size and shape of the opening of the recess 800 in the bottom anode cooler 120, and the impingement surface One or more (typically a plurality of) protruding features such as studs 620 may be included to enhance cooling of the cooling fluid jets directed at 510 . As mentioned above, the impingement surface 510 may otherwise be substantially coplanar with the bottom outer boundary (or "outer portion") 840 of the upper anode cooler 110; In embodiments, impingement surface 510 is not coplanar with outer boundary 840, ie, impingement surface 510 may protrude below or above outer boundary 840. As shown in FIGS. 8A and 8B, outer border 840 may receive attachment material 810 and thus attach top anode cooler 110 to bottom anode cooler 120. In various embodiments, impingement surface 510 (and/or any protruding features thereon) includes a different material than that of outer boundary 840 and/or another portion of upper anode cooler 110 (e.g., its top surface). or consists essentially of or may consist of.

種々の実施形態において、衝突表面510は、突出特徴を含まないこともあり、すなわち、衝突表面510は、実質的に平面的であり得る。そのような実施形態は、より容易に製造され得るが、突出特徴または他の非平面的パターンの不足は、衝突表面510に衝突する冷却噴出の冷却有効性を損なわせ得る。 In various embodiments, impact surface 510 may not include protruding features, ie, impact surface 510 may be substantially planar. Although such embodiments may be more easily manufactured, the lack of raised features or other non-planar patterns may compromise the cooling effectiveness of the cooling jets impinging on the impingement surface 510.

図8Eは、本発明の種々の実施形態による、底部アノード冷却器120の上面斜視図である。示されるように、凹所800内で、例えば、ポート320の列間に、1つ以上の支柱550が画定され得る。上で述べられるように、支柱550は、向上した機械的強度をアノード冷却器100に提供し得る。種々の実施形態において、支柱550が、凹所800の寸法全体(例えば、長さおよび/または幅)を横断して延びている一方、他の実施形態において、支柱は、凹所800の対応する寸法を横断して部分的にのみ延びている。支柱550が、ポート320の開口部の上方に延びている一方、典型的実施形態において、支柱550は、底部アノード冷却器120の上面まで(すなわち、凹所800から外に)延びず、種々の実施形態において、支柱550は、凹所800内の冷却流体の流動を遮断または別様に妨害しないために、ポート320と衝突表面510から突出する特徴との間の距離の一部のみに延びている。 FIG. 8E is a top perspective view of bottom anode cooler 120, according to various embodiments of the invention. As shown, one or more struts 550 may be defined within recess 800, for example between rows of ports 320. As mentioned above, struts 550 may provide improved mechanical strength to anode cooler 100. In various embodiments, the struts 550 extend across the entire dimension (e.g., length and/or width) of the recess 800, while in other embodiments the struts extend across the entire dimension (e.g., length and/or width) of the recess 800. Extends only partially across the dimension. While struts 550 extend above the openings of ports 320, in typical embodiments, struts 550 do not extend to the top surface of bottom anode cooler 120 (i.e., out of recess 800), and instead In embodiments, struts 550 extend only a portion of the distance between ports 320 and features protruding from impingement surface 510 so as not to block or otherwise obstruct the flow of cooling fluid within recess 800. There is.

種々の実施形態において、底部アノード冷却器120内の支柱550は、出口チャネル830を介した凹所800からの冷却剤流体の流動のための出口チャネルを形成すること、または形成することに役立つ。これらの支柱550の寸法は、冷却剤流体が、より広いエリアにわたって流動し、それによって、より広いエリアにわたってより低い冷却剤流体速度をもたらすので、底部アノード冷却器120の前部に近接するポート320(または「前部ポート」)と出口チャネル830に近接するポート320(または「後部ポート」)との間の圧力の大きな変動を防止することに役立ち得る。この低圧力変動は、次に、流動がポートを横断した圧力降下の関数であるので、前部ポートと後部ポートとの間のより均等な流動の形成を促進する。 In various embodiments, the struts 550 in the bottom anode cooler 120 form or help form an exit channel for flow of coolant fluid from the recess 800 through the exit channel 830. The dimensions of these struts 550 allow the coolant fluid to flow over a larger area, thereby providing a lower coolant fluid velocity over a larger area, so that the ports 320 are closer to the front of the bottom anode cooler 120. (or the "front port") and the port 320 (or "back port") proximate the outlet channel 830. This low pressure variation, in turn, promotes the creation of a more even flow between the front and rear ports since the flow is a function of the pressure drop across the port.

本発明の実施形態による、パッケージ化されたレーザエミッタ(例えば、ダイオードバー)は、WBCレーザシステム内で利用され得る。図9は、パッケージ化されたレーザ905を利用する、例示的WBCレーザシステム900を描写する。パッケージ化されたレーザ905は、例えば、レーザパッケージ150内に、または本明細書に詳述されるような2部品アノード冷却器100の上に配置された1つ以上のレーザエミッタに対応し得、本明細書に詳述されるような1つ以上の流体噴出の熱管理(例えば、冷却)のために利用され得る。図9の実施例では、レーザ905は、ビーム910を放出する4つのビームエミッタを有するダイオードバーを特徴とする(拡大入力図915参照)が、本発明の実施形態は、任意の数の個々のビームを放出するダイオードバー、またはダイオードまたはダイオードバーの2次元アレイまたはスタックを利用し得る。図915では、各ビーム910は、線によって示され、線の長さまたは長い方の寸法は、ビームの低速発散寸法を表し、高さまたは短い方の寸法は、高速発散寸法を表す。コリメーション光学系920が、高速寸法に沿って各ビーム910をコリメートするために使用され得る。1つ以上の円筒または球面レンズおよび/またはミラーを含むか、または本質的にそれらから成り得る変換光学系925が、WBC方向930に沿って各ビーム910を組み合わせるために使用される。変換光学系925は、次いで、分散要素935(例えば、反射または透過回折格子等の回折格子を含むか、本質的にそれから成るか、またはそれから成り得る)上に複合ビームを重さね、複合ビームは、次いで、単一の出力プロファイルとして出力結合器940上に透過される。出力結合器940は、次いで、出力正面図950上に示されるように、複合ビーム945を透過させる。出力結合器940は、典型的に、部分的に反射性であり、この外部空洞システム900内のすべてのレーザ要素のための共通正面ファセットとしての機能を果たす。外部空洞は、レーザ発振システムであり、二次ミラーが、各レーザエミッタの放出開口またはファセットから離れた距離に変位させられている。いくつかの実施形態において、追加の光学系が、放出開口またはファセットと出力結合器または部分的反射性表面との間に設置される。出力ビーム945は、光ファイバの中に結合され、および/または、溶接、切断、焼鈍等の用途のために利用され得る。 Packaged laser emitters (eg, diode bars) according to embodiments of the invention may be utilized within WBC laser systems. FIG. 9 depicts an exemplary WBC laser system 900 that utilizes a packaged laser 905. Packaged laser 905 may correspond, for example, to one or more laser emitters disposed within laser package 150 or on top of two-piece anode cooler 100 as detailed herein; It may be utilized for thermal management (eg, cooling) of one or more fluid jets as detailed herein. In the example of FIG. 9, laser 905 features a diode bar with four beam emitters that emit beam 910 (see enlarged input diagram 915), but embodiments of the invention feature any number of individual beam emitters. A beam-emitting diode bar or a two-dimensional array or stack of diodes or diode bars may be utilized. In FIG. 915, each beam 910 is represented by a line, the length or longer dimension of the line representing the slow divergence dimension of the beam, and the height or shorter dimension representing the fast divergence dimension. Collimation optics 920 may be used to collimate each beam 910 along the fast dimension. Transforming optics 925, which may include or consist essentially of one or more cylindrical or spherical lenses and/or mirrors, are used to combine each beam 910 along WBC direction 930. Conversion optics 925 then superimposes the composite beam onto a dispersive element 935 (which may include, consist essentially of, or consist of a diffraction grating, e.g., a reflection or transmission grating) to form a composite beam. is then transmitted onto output combiner 940 as a single output profile. Output combiner 940 then transmits composite beam 945, as shown on output front view 950. Output coupler 940 is typically partially reflective and serves as a common front facet for all laser elements within this external cavity system 900. The external cavity is a lasing system with a secondary mirror displaced a distance away from the emission aperture or facet of each laser emitter. In some embodiments, additional optics are installed between the emission aperture or facet and the output coupler or partially reflective surface. Output beam 945 may be coupled into an optical fiber and/or utilized for welding, cutting, annealing, etc. applications.

本明細書に採用される用語および表現は、限定ではなく、説明の用語として使用され、そのような用語および表現の使用に、示され、説明される特徴、またはその一部の任意の均等物を除外するという意図は存在せず、種々の修正が請求される本発明の範囲内で可能性として考えられることが認識される。 The terms and expressions employed herein are used as terms of description rather than limitation, and the use of such terms and expressions includes any equivalents of the features shown or described, or any portion thereof. It is recognized that there is no intention to exclude, and that various modifications are possible within the scope of the claimed invention.

Claims (42)

レーザパッケージであって、前記レーザパッケージは、
底部アノード冷却器であって、前記底部アノード冷却器は、(i)上面と、(ii)前記上面と反対側の底面と、(iii)前記底面に画定されている進入凹所と、(iv)前記上面に画定されている上部凹所と、(v)複数の中空ポートとを有し、前記複数の中空ポートは、前記進入凹所と前記上部凹所とを流体的に接続し、前記複数の中空ポートを通して冷却流体の噴出を形成する、底部アノード冷却器と、
前記底部アノード冷却器の一部のみの上方に配置されている上部アノード冷却器であって、前記上部アノード冷却器は、(i)上面と、(ii)前記上面と反対側の底面とを有し、前記上部アノード冷却器の前記底面は、前記底部アノード冷却器の前記上部凹所の中に突出する非平面的パターンを画定する衝突表面を備え、これにより、前記底部アノード冷却器の中に導入され、前記複数の中空ポートを通して噴出させられた冷却流体は、前記上部アノード冷却器の前記衝突表面に衝打し、前記上部アノード冷却器の前記上面上に配置されているレーザエミッタを冷却する、上部アノード冷却器と
を備える、レーザパッケージ。
A laser package, the laser package comprising:
A bottom anode cooler, the bottom anode cooler comprising: (i) a top surface; (ii) a bottom surface opposite the top surface; (iii) an entry recess defined in the bottom surface; ) an upper recess defined in the upper surface; and (v) a plurality of hollow ports, the plurality of hollow ports fluidly connecting the entry recess and the upper recess; a bottom anode cooler forming a jet of cooling fluid through a plurality of hollow ports ;
an upper anode cooler disposed above only a portion of the bottom anode cooler , the upper anode cooler having (i) a top surface; and (ii) a bottom surface opposite the top surface; and the bottom surface of the top anode cooler includes an impingement surface defining a non-planar pattern protruding into the top recess of the bottom anode cooler, thereby causing a Cooling fluid introduced and ejected through the plurality of hollow ports impinges on the impingement surface of the upper anode cooler and cools a laser emitter disposed on the upper surface of the upper anode cooler. , a top anode cooler , and a laser package.
前記上部アノード冷却器の熱伝導率は、前記底部アノード冷却器の熱伝導率より大きい、請求項1に記載のレーザパッケージ。 The laser package of claim 1, wherein the thermal conductivity of the top anode cooler is greater than the thermal conductivity of the bottom anode cooler. 前記非平面的パターンは、複数の隆起特徴を備える、請求項1に記載のレーザパッケージ。 The laser package of claim 1, wherein the non-planar pattern comprises a plurality of raised features. 前記底部アノード冷却器は、前記複数の中空ポートの開口部間に配置されている複数の隆起支柱を画定する、請求項1に記載のレーザパッケージ。 The laser package of claim 1, wherein the bottom anode cooler defines a plurality of raised struts disposed between openings of the plurality of hollow ports. 前記レーザパッケージは、(i)前記上部アノード冷却器の上に配置されているカソード冷却器をさらに備え、前記カソード冷却器の一部は、張り出し、かつ、前記上部アノード冷却器の上面に接触していない、請求項1に記載のレーザパッケージ。 The laser package further includes: (i) a cathode cooler disposed above the upper anode cooler, a portion of the cathode cooler overhanging and contacting a top surface of the upper anode cooler; 2. The laser package according to claim 1, wherein the laser package does not include a laser package. 前記カソード冷却器は、前記カソード冷却器を通した冷却流体の流動のために構成されていない、請求項5に記載のレーザパッケージ。 6. The laser package of claim 5, wherein the cathode cooler is not configured for flow of cooling fluid through the cathode cooler . 前記上部アノード冷却器は、前記上部アノード冷却器を通した冷却流体の流動のために構成されていない、請求項1に記載のレーザパッケージ。 The laser package of claim 1, wherein the upper anode cooler is not configured for flow of cooling fluid through the upper anode cooler . 前記非平面的パターンは、前記冷却流体のための混合チャネルを形成するために、前記複数の中空ポートの開口部から間隔を置かれている、請求項1に記載のレーザパッケージ。 The laser package of claim 1, wherein the non-planar pattern is spaced from openings of the plurality of hollow ports to form a mixing channel for the cooling fluid. 前記混合チャネルは、約0.025mm~約50mmの範囲から選択される高さを有する、請求項8に記載のレーザパッケージ。 9. The laser package of claim 8, wherein the mixing channel has a height selected from a range of about 0.025 mm to about 50 mm. 前記複数の中空ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する前記混合チャネル高さの比は、約0.1~約30の範囲から選択される、請求項8に記載のレーザパッケージ。 9. The laser package of claim 8, wherein a ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the plurality of hollow ports is selected from a range of about 0.1 to about 30. 前記複数の中空ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する前記混合チャネル高さの比は、約8~約30の範囲から選択される、請求項8に記載のレーザパッケージ。 9. The laser package of claim 8, wherein a ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the plurality of hollow ports is selected from a range of about 8 to about 30. 前記複数の中空ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する前記混合チャネル高さの比は、約0.1~約2の範囲から選択される、請求項8に記載のレーザパッケージ。 9. The laser package of claim 8, wherein a ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the plurality of hollow ports is selected from a range of about 0.1 to about 2. 前記複数の中空ポートの中心間間隔は、約0.1mm~約8mmの範囲から選択される、請求項1に記載のレーザパッケージ。 The laser package of claim 1, wherein the center-to-center spacing of the plurality of hollow ports is selected from a range of about 0.1 mm to about 8 mm. 前記複数の中空ポートのうちの少なくとも1つの直径は、約0.025mm~約5mmの範囲から選択される、請求項1に記載のレーザパッケージ。 The laser package of claim 1, wherein a diameter of at least one of the plurality of hollow ports is selected from a range of about 0.025 mm to about 5 mm. 前記上部アノード冷却器の前記上面の面積は、前記底部アノード冷却器の前記上面の面積より小さい、請求項1に記載のレーザパッケージ。 The laser package of claim 1, wherein the area of the top surface of the top anode cooler is smaller than the area of the top surface of the bottom anode cooler. 前記底部アノード冷却器は、出口チャネルをその内側に画定し、前記出口チャネルは、前記上部凹所を前記底部アノード冷却器の前記底面に画定されている出口開口と流体的に接続し、前記出口開口は、前記進入凹所から間隔を置かれている、請求項1に記載のレーザパッケージ。 The bottom anode cooler defines an outlet channel therein, the outlet channel fluidly connecting the top recess with an outlet opening defined in the bottom surface of the bottom anode cooler; The laser package of claim 1, wherein an aperture is spaced from the entry recess. 前記レーザパッケージは、前記上部アノード冷却器の前記底面の一部を前記底部アノード冷却器の前記上面の一部に取り付ける取り付け材料をさらに備える、請求項1に記載のレーザパッケージ。 2. The laser package of claim 1 , wherein the laser package further comprises a mounting material that attaches a portion of the bottom surface of the top anode cooler to a portion of the top surface of the bottom anode cooler. 前記取り付け材料は、接着剤、はんだ、またはろう付け材料のうちの少なくとも1つを備える、請求項17に記載のレーザパッケージ。 18. The laser package of claim 17 , wherein the attachment material comprises at least one of an adhesive, a solder, or a brazing material. 前記底部アノード冷却器は、アルミナを備え、前記上部アノード冷却器は、SiCを備える、請求項1に記載のレーザパッケージ。 The laser package of claim 1, wherein the bottom anode cooler comprises alumina and the top anode cooler comprises SiC. 前記上部アノード冷却器および前記底部アノード冷却器は、電気絶縁する、請求項1に記載のレーザパッケージ。 The laser package of claim 1, wherein the top anode cooler and the bottom anode cooler are electrically insulating. 前記レーザパッケージは、前記上部アノード冷却器の前記上面上に配置されているレーザエミッタをさらに備え、前記レーザエミッタは、複数のビームを放出するように構成されているレーザダイオードバーを備える、請求項1に記載のレーザパッケージ。 The laser package further comprises a laser emitter disposed on the top surface of the upper anode cooler, the laser emitter comprising a laser diode bar configured to emit a plurality of beams . The laser package according to item 1. 波長ビーム合成レーザシステムであって、前記レーザシステムは、
複数の別々のビームを放出するビームエミッタと、
分散要素に向かって前記複数の別々のビームを集中させるための集中光学系と、
前記複数の別々のビーム受け取り、前記複数の別々のビームを分散させるための分散要素と、
部分的反射性出力結合器であって、前記部分的反射性出力結合器は、前記分散要素によって分散された前記複数の別々のビームを受け取ることと、前記分散要素によって分散された前記複数の別々のビームの一部を前記部分的反射性出力結合器を通して多波長出力ビームとして透過させることと、前記分散要素に向かって戻るように前記分散要素によって分散された前記複数の別々のビームの第2の部分を反射することとを行うように位置付けられている、部分的反射性出力結合器と、
底部アノード冷却器であって、前記底部アノード冷却器は、(i)上面と、(ii)前記上面と反対側の底面と、(iii)前記底面に画定されている進入凹所と、(iv)前記上面に画定されている上部凹所と、(v)複数の中空ポートとを有し、前記複数の中空ポートは、前記進入凹所と前記上部凹所とを流体的に接続し、前記複数の中空ポートを通して冷却流体の噴出を形成する、底部アノード冷却器と、
前記底部アノード冷却器の一部のみの上方に配置されている上部アノード冷却器であって、前記上部アノード冷却器は、(i)上面であって、前記ビームエミッタは、前記上部アノード冷却器の前記上面の上に配置されている、上面と、(ii)前記上面と反対側の底面とを有し、前記上部アノード冷却器の前記底面は、前記底部アノード冷却器の前記上部凹所の中に突出する非平面的パターンを画定する衝突表面を備え、これにより、前記底部アノード冷却器の中に導入され、前記複数の中空ポートを通して噴出させられた冷却流体は、前記上部アノード冷却器の前記衝突表面に衝打し、前記ビームエミッタを冷却する、上部アノード冷却器
を備える、レーザシステム。
A wavelength beam combining laser system, the laser system comprising:
a beam emitter that emits a plurality of separate beams;
concentrating optics for concentrating the plurality of separate beams toward a dispersive element;
a dispersive element for receiving the plurality of separate beams and dispersing the plurality of separate beams;
a partially reflective output coupler, the partially reflective output coupler configured to receive the plurality of separate beams dispersed by the dispersive element ; and to receive the plurality of separate beams dispersed by the dispersive element. transmitting a portion of the plurality of separate beams through the partially reflective output coupler as a multi-wavelength output beam ; and a second of the plurality of separate beams dispersed by the dispersive element back toward the dispersive element. a partially reflective output coupler positioned to reflect a portion of the
A bottom anode cooler, the bottom anode cooler comprising: (i) a top surface; (ii) a bottom surface opposite the top surface; (iii) an entry recess defined in the bottom surface; ) an upper recess defined in the upper surface; and (v) a plurality of hollow ports, the plurality of hollow ports fluidly connecting the entry recess and the upper recess; a bottom anode cooler forming a jet of cooling fluid through a plurality of hollow ports ;
a top anode cooler disposed above only a portion of the bottom anode cooler , the top anode cooler comprising: (i) a top surface of the top anode cooler; and (ii) a bottom surface opposite the top surface, the bottom surface of the top anode cooler being in the top recess of the bottom anode cooler. an impingement surface defining a non-planar pattern protruding from the upper anode cooler, such that cooling fluid introduced into the bottom anode cooler and ejected through the plurality of hollow ports is directed to the upper anode cooler. an upper anode cooler that impinges on an impact surface and cools the beam emitter.
前記分散要素は、回折格子を備える、請求項22に記載のレーザシステム。 23. The laser system of claim 22, wherein the dispersive element comprises a diffraction grating. 前記上部アノード冷却器の熱伝導率は、前記底部アノード冷却器の熱伝導率より大きい、請求項22に記載のレーザシステム。 23. The laser system of claim 22, wherein the thermal conductivity of the top anode cooler is greater than the thermal conductivity of the bottom anode cooler. 前記非平面的パターンは、複数の隆起特徴を備える、請求項22に記載のレーザシステム。 23. The laser system of claim 22, wherein the non-planar pattern comprises a plurality of raised features. 前記底部アノード冷却器は、前記複数の中空ポートの開口部間に配置されている複数の隆起支柱を画定する、請求項22に記載のレーザシステム。 23. The laser system of claim 22, wherein the bottom anode cooler defines a plurality of raised struts disposed between openings of the plurality of hollow ports. 前記レーザシステムは、(i)前記上部アノード冷却器の上に配置されているカソード冷却器をさらに備え、前記カソード冷却器の一部は、張り出し、かつ、前記上部アノード冷却器の前記上面に接触していない、請求項22に記載のレーザシステム。 The laser system further includes: (i) a cathode cooler disposed above the upper anode cooler, a portion of the cathode cooler overhanging and contacting the upper surface of the upper anode cooler; 23. The laser system of claim 22, which does not. 前記カソード冷却器は、前記カソード冷却器を通した冷却流体の流動のために構成されていない、請求項27に記載のレーザシステム。 28. The laser system of claim 27, wherein the cathode cooler is not configured for flow of cooling fluid through the cathode cooler . 前記上部アノード冷却器は、前記上部アノード冷却器を通した冷却流体の流動のために構成されていない、請求項22に記載のレーザシステム。 23. The laser system of claim 22, wherein the upper anode cooler is not configured for flow of cooling fluid through the upper anode cooler . 前記非平面的パターンは、前記冷却流体のための混合チャネルを形成するために、前記複数の中空ポートの開口部から間隔を置かれている、請求項22に記載のレーザシステム。 23. The laser system of claim 22, wherein the non-planar pattern is spaced from openings of the plurality of hollow ports to form a mixing channel for the cooling fluid. 前記混合チャネルは、約0.025mm~約50mmの範囲から選択される高さを有する、請求項30に記載のレーザシステム。 31. The laser system of claim 30, wherein the mixing channel has a height selected from a range of about 0.025 mm to about 50 mm. 前記複数の中空ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する前記混合チャネル高さの比は、約0.1~約30の範囲から選択される、請求項30に記載のレーザシステム。 31. The laser system of claim 30, wherein a ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the plurality of hollow ports is selected from a range of about 0.1 to about 30. 前記複数の中空ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する前記混合チャネル高さの比は、約8~約30の範囲から選択される、請求項30に記載のレーザシステム。 31. The laser system of claim 30, wherein a ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the plurality of hollow ports is selected from a range of about 8 to about 30. 前記複数の中空ポートのうちの少なくとも1つの直径に対する前記混合チャネル高さの比は、約0.1~約2の範囲から選択される、請求項30に記載のレーザシステム。 31. The laser system of claim 30, wherein a ratio of the height of the mixing channel to the diameter of at least one of the plurality of hollow ports is selected from a range of about 0.1 to about 2. 前記複数の中空ポートの中心間間隔は、約0.1mm~約8mmの範囲から選択される、請求項22に記載のレーザシステム。 23. The laser system of claim 22, wherein the center-to-center spacing of the plurality of hollow ports is selected from a range of about 0.1 mm to about 8 mm. 前記複数の中空ポートのうちの少なくとも1つの直径は、約0.025mm~約5mmの範囲から選択される、請求項22に記載のレーザシステム。 23. The laser system of claim 22, wherein a diameter of at least one of the plurality of hollow ports is selected from a range of about 0.025 mm to about 5 mm. 前記上部アノード冷却器の前記上面の面積は、前記底部アノード冷却器の前記上面の面積より小さい、請求項22に記載のレーザシステム。 23. The laser system of claim 22, wherein the area of the top surface of the top anode cooler is less than the area of the top surface of the bottom anode cooler. 前記底部アノード冷却器は、出口チャネルをその内側に画定し、前記出口チャネルは、前記上部凹所を前記底部アノード冷却器の前記底面に画定されている出口開口と流体的に接続し、前記出口開口は、前記進入凹所から間隔を置かれている、請求項22に記載のレーザシステム。 The bottom anode cooler defines an outlet channel therein, the outlet channel fluidly connecting the top recess with an outlet opening defined in the bottom surface of the bottom anode cooler; 23. The laser system of claim 22, wherein an aperture is spaced from the entry recess. 前記上部アノード冷却器の前記底面の一部を前記底部アノード冷却器の前記上面の一部に取り付ける取り付け材料をさらに備える、請求項22に記載のレーザシステム。 23. The laser system of claim 22 , further comprising a mounting material that attaches a portion of the bottom surface of the top anode cooler to a portion of the top surface of the bottom anode cooler. 前記取り付け材料は、接着剤、はんだ、またはろう付け材料のうちの少なくとも1つを備えている、請求項39に記載のレーザシステム。 40. The laser system of claim 39, wherein the attachment material comprises at least one of an adhesive, a solder, or a brazing material. 前記底部アノード冷却器は、アルミナを備え、前記上部アノード冷却器は、SiCを備える、請求項22に記載のレーザシステム。 23. The laser system of claim 22, wherein the bottom anode cooler comprises alumina and the top anode cooler comprises SiC. 前記上部アノード冷却器および前記底部アノード冷却器は、電気絶縁する、請求項22に記載のレーザシステム。
23. The laser system of claim 22, wherein the top anode cooler and the bottom anode cooler are electrically insulated.
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