TWI729421B - 二極體雷射器配置以及製造二極體雷射器配置之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種二極體雷射器配置(1)，具有二極體雷射裝置(3)及至少一個冷卻裝置(7，7.1，7.2)，其中該至少一個冷卻裝置(7，7.1，7.2)佈置於該二極體雷射裝置(3)上，其中該至少一個冷卻裝置(7，7.1，7.2)被構建為用於冷卻該二極體雷射裝置(3)，其中該至少一個冷卻裝置(7，7.1，7.2)具有貼靠體(11，11.1，11.2)及至少一個導熱嵌件(13，13.1a，13.1b，13.2)，其中該貼靠體(11，11.1，11.2)具有第一材料或者由第一材料構成，其中該至少一個導熱嵌件(13，13.1a，13.1b，13.2)具有不同於該第一材料之第二材料或者由不同於該第一材料之第二材料構成，且其中該貼靠體(11，11.1，11.2)佈置於該二極體雷射裝置上(3)。其中，如下設置：該至少一個導熱嵌件(13，13.1a，13.1b，13.2)嵌設於該貼靠體(11，11.1，11.2)中。

Description

二極體雷射器配置以及製造二極體雷射器配置之方法
本發明係有關於一種二極體雷射器配置以及一種製造二極體雷射器配置之方法。
當具有一個或數個特別是大功率範圍之發射器(例如大功率二極體雷射條)的二極體雷射裝置工作時，會產生損耗熱，為了在確保二極體雷射裝置具有長使用壽命與高射束品質的同時達到高輸出功率，必須排出該損耗熱。因此，具有此種二極體雷射裝置之二極體雷射器配置通常具有冷卻裝置，該冷卻裝置與二極體雷射裝置熱耦合且被構建為用於排出損耗熱。在此情況下，二極體雷射裝置之最高可達輸出功率特別是受限於冷卻裝置之效率，而冷卻裝置效率主要取決於冷卻裝置之用於傳遞損耗熱之材料的導熱性。適合於此之高導熱材料(例如包含金剛石組分之複合材料)已為吾人所知。然而，此等材料之機械加工難度大，使得冷卻裝置之可供二極體雷射裝置佈置的放置面不易製造且品質不足。為了將二極體雷射裝置與冷卻裝置連接，通常設置藉由釺焊連接所施覆之中間層或單獨部件。但此會增加熱阻，降低導熱性。此外，所增加的接合部位尤其會削弱二極體雷射器配置之長期穩定性。
本發明之目的在於提供一種二極體雷射器配置以及一種製造二極體雷射器配置之方法，其中不出現上述缺點。
該目的係藉由提供各獨立請求項之主題而達成。有利技術方案產生於附屬請求項。
特定言之，本發明用以達成該目的之解決方案為提供一種具有二極體雷射裝置及至少一個冷卻裝置之二極體雷射器配置。該二極體雷射裝置被構建為用於發射雷射束，該雷射束亦可由數個分雷射束組成。該至少一個冷卻裝置在此佈置於該二極體雷射裝置上。其中，該至少一個冷卻裝置被構建為用於冷卻該二極體雷射裝置。該至少一個冷卻裝置在此具有貼靠體及至少一個導熱嵌件。其中，該貼靠體具有第一材料或者由第一材料構成。其中，該至少一個導熱嵌件具有不同於該第一材料之第二材料或者由不同於該第一材料之第二材料構成。該貼靠體在此佈置於該二極體雷射裝置上。其中，該至少一個導熱嵌件嵌設於該貼靠體中。
本發明之二極體雷射器配置較之先前技術具有其優勢。至少一個冷卻裝置具有貼靠體及至少一個嵌設於貼靠體中之導熱嵌件，藉此，特別是在材料方面可如此設計貼靠體，使得在貼靠體之放置面上可低成本高品質地形成適合安裝二極體雷射裝置之結構及/或表面。此外可按具體要求根據至少一個冷卻裝置來調整貼靠體之材料厚度。舉例而言，可藉由較小之材料厚度實現有效熱傳遞。材料厚度較大時例如得到用於冷卻結構如冷卻通道之空間。其中，至少一個導熱嵌件可採用能夠實現二極體雷射裝置之最佳散熱的設計。藉此可顯著提高二極體雷射裝置之輸出功率。此外，特定言之藉由減小甚或避免工作過程中之熱致波長偏移，二極體雷射裝置之射束特性得到改良。此外可降低二極體雷射裝置工作時之最高溫度，此點主要有助於延長二極體雷射裝置之使用壽命。特定言之，在二極體雷射裝置具有高輸出功率之情況下，二極體雷射器配置能夠穩妥而可靠地工作。
二極體雷射裝置較佳具有至少一個發射器，特別是單發射器。此種發射器較佳被構建成邊緣發射器。此種發射器較佳被構建成大功率發射器。二極體雷射裝置尤佳具有數個發射器，其中二極體雷射裝置特定言之被構建成包含數個發射器之二極體雷射條，該等發射器較佳佈置在一維行列(陣列)中。此種二極體雷射條較佳被構建成邊緣發射器。此種二極體雷射條尤佳被構建成大功率二極體雷射條。
二極體雷射裝置特定言之與至少一個冷卻裝置熱耦合，使得特別是在本發明之二極體雷射器配置工作時，能夠發生從二極體雷射裝置到至少一個冷卻裝置之熱傳遞。至少一個冷卻裝置特定言之被構建成熱沉。
貼靠體特定言之在一區段(二極體雷射裝置在該區段中佈置及/或貼靠在貼靠體上)中於放置面上具有適於將熱量從二極體雷射裝置特別有效地傳遞至至少一個冷卻裝置之結構及/或表面。特定言之，貼靠體在此區段中之壁厚特別薄，以便能實現特別有效之熱傳遞。
在本發明之二極體雷射器配置的較佳實施方式中，至少一個冷卻裝置被構建為用於對二極體雷射裝置進行電接觸。二極體雷射器配置特定言之具有兩個所述類型之冷卻裝置，其中兩個冷卻裝置中之第一冷卻裝置與二極體雷射裝置之p側(p-Seite)電性連接，並且兩個冷卻裝置中之第二冷卻裝置與二極體雷射裝置之n側(n-Seite)電性連接。
在本發明之二極體雷射器配置的較佳實施方式中，所述類型之冷卻裝置各對應恰好一個導熱嵌件。該導熱嵌件較佳大體呈板形，其中該導熱嵌件至少部分地平行於貼靠體之放置面延伸。在本發明之二極體雷射器配置的替代性實施方式中，所述類型之冷卻裝置對應數個所述類型之導熱嵌件。該等導熱嵌件較佳大體呈板形，其中該等導熱嵌件分別至少部分地平行於貼靠體之放置面延伸。數個導熱嵌件可分別被佈置成彼此間隔開或彼此直接貼靠。該等導熱嵌件可上下疊置或並排佈置。
至少一個導熱嵌件較佳被構建成相對於貼靠體可被幾何定界。
至少一個導熱嵌件特定言之佈置於貼靠體之內部。至少一個導熱嵌件尤佳被貼靠體部分或完全包圍。特定言之，貼靠體近似地形成至少一個導熱嵌件周圍之包裹物。包裹物狀貼靠體在貼靠體之一區段中，特別是在放置面之一區域(在該區域中，貼靠體佈置於二極體雷射裝置上)中的材料厚度大小使得：特別是在安裝二極體雷射裝置之前，可藉由機械加工(例如以幾何確定切削刃及/或幾何不定切削刃所進行之切削)實現放置面之合適結構及/或表面，其中此結構及/或表面在本發明之二極體雷射器配置工作時有助於實現特別有效之熱傳遞。上述區段中之材料厚度特定言之係指二極體雷射裝置與緊鄰此二極體雷射裝置之所述類型的導熱嵌件之間藉由貼靠體所定義之距離。
在貼靠體之該區段中，在放置面之該區域(在該區域中，貼靠體佈置或貼靠在二極體雷射裝置上)中，該材料厚度較佳最小為5 µm且最大為100 µm，特定言之最小為10 µm且最大為50 µm。藉由此材料厚度可透過貼靠體而實現特別有效之熱傳遞。
貼靠體之相反於放置面的一側(單獨冷卻元件例如透過貼靠體之連接面佈置於該側)上之材料厚度較佳最小為5 µm且最大為100 µm，特定言之最小為10 µm且最大為50 µm。藉由此材料厚度可透過貼靠體而實現特別有效之熱傳遞。
在該二極體雷射器配置之較佳實施方式中，如下設置：在貼靠體之相反於放置面的一側上，在貼靠體中形成冷卻結構，例如冷卻通道。藉由用此等冷卻結構導引冷卻流體，特定言之實現對二極體雷射裝置之冷卻。藉由冷卻結構，較佳可棄用所述類型之單獨冷卻元件。在冷卻結構區域內，貼靠體之材料厚度至少部分地較佳為至少1 mm，較佳為至少3 mm，較佳為至少5 mm。
因此，貼靠體可在貼靠體之不同側上具有不同大小之材料厚度。若在貼靠體之相反於具有二極體雷射裝置之放置面的一側上在貼靠體中形成冷卻結構，則尤為如此。
所述類型之材料厚度最大為5 mm或超過5 mm的貼靠體例如可藉由燒結而實現。
在本發明之二極體雷射器配置的較佳實施方式中，設有數個所述類型之導熱嵌件，其中該等數個導熱嵌件中之至少一者嵌設於貼靠體中。該等數個導熱嵌件中之此一導熱嵌件較佳佈置於貼靠體之內部，其中此一導熱嵌件特別是緊鄰二極體雷射裝置地佈置於貼靠體中。
該二極體雷射器配置之一種較佳實施方式，其特徵在於：該第一材料具有第一熱導率，其中該第二材料具有第二熱導率，該第二熱導率大於該第一熱導率。第一熱導率例如介於380 W/(m*K)與400 W/(m*K)之間。例如銅或銅合金具有此等值。第二熱導率例如介於550 W/(m*K)與800 W/(m*K)之間。例如銅-金剛石複合材料或銀-金剛石複合材料具有此等值。碳複合材料能實現例如超過1000 W/(m*K)之熱導率。例如在使用奈米碳管之情況下，能夠在首選方向上實現高達6000 W/(m*K)之熱導率。以此方式，藉由至少一個導熱嵌件實現有效熱傳遞。
該二極體雷射器配置之一種較佳實施方式，其特徵在於：該第一材料為銅或銅合金。銅及銅合金特別易於機械加工且成本低廉。特定言之，藉此可在貼靠體上設有二極體雷射裝置之放置面區域內實現具有精準幾何形狀之結構及/或表面。較佳地，放置面至少在此區域中為平整的。第一材料亦可具有便於以機械方式或其他方式加工之另一材料。總體而言，第一材料確保能對貼靠體進行低成本的精準加工。
該二極體雷射器配置之一種較佳實施方式，其特徵在於：該第二材料選自銅-金剛石複合材料、銀-金剛石複合材料及碳複合材料所組成之群組。此種碳複合材料特定言之包含石墨。舉例而言，此種碳複合材料具有奈米碳管結構，其中特別是沿著管軸存在特別高的熱導率。特定言之，藉由所述類型之碳複合材料可實現至少一個導熱嵌件之各向異性熱導率，從而能定義熱傳遞之首選方向。
所述類型之複合材料具有特別高的熱導率。另外，此等複合材料具有相當低的熱膨脹係數且/或在其熱膨脹係數方面可藉由選擇或組合合適材料而與二極體雷射裝置(特別是二極體雷射裝置之一個或數個發射器)之熱膨脹係數相匹配。第二材料特定言之亦可具有熱導率高於第一材料之另一材料。
該二極體雷射器配置之一種較佳實施方式，其特徵在於：該至少一個冷卻裝置之熱膨脹係數與該二極體雷射裝置之熱膨脹係數相適配，以避免該二極體雷射裝置(特別是該二極體雷射裝置之一個發射器或數個發射器)之應力。此類應力可因溫度誘發而產生，例如在安裝二極體雷射裝置時，特別是由於釺焊操作及隨後對二極體雷射裝置所實施之冷卻而形成於所述類型之發射器中。
至少一個冷卻裝置之熱膨脹係數較佳最小為二極體雷射裝置之熱膨脹係數的70%且最大為二極體雷射裝置之熱膨脹係數的130%，特定言之最小為二極體雷射裝置之熱膨脹係數的90%且最大為二極體雷射裝置之熱膨脹係數的110%。特定言之，較佳如下設置：至少一個冷卻裝置之熱膨脹係數與二極體雷射裝置之熱膨脹係數同等大小。特定言之，藉由至少一個導熱嵌件，例如藉由選擇合適的材料或材料組合，能夠使相關冷卻裝置之熱膨脹係數有利地與二極體雷射裝置匹配，從而顯著減小二極體雷射器配置之失效風險。
該二極體雷射器配置之一種較佳實施方式，其特徵在於：該至少一個導熱嵌件藉由燒結而製成。以此方式能使至少一個導熱嵌件特別是在其幾何設計及材料或材料組合方面有利地與貼靠體及二極體雷射裝置相匹配。
較佳如下設置：貼靠體藉由燒結而製成。以此方式能使貼靠體特別是在其幾何設計及材料方面方便地與二極體雷射裝置相匹配。特定言之，藉由燒結可實現最大為5 mm或超過5 mm之材料厚度。具體來說，例如藉由電鍍銅層，則無法或難以實現此等材料厚度。
該二極體雷射器配置之一種較佳實施方式，其特徵在於：該至少一個導熱嵌件藉由燒結而與該貼靠體連接。至少一個導熱嵌件特定言之藉由燒結而嵌設於貼靠體中。藉此能以簡單的方式使至少一個冷卻裝置之設計在幾何及功能方面與二極體雷射裝置相匹配。
該二極體雷射器配置之一種較佳實施方式，其特徵在於：該貼靠體與該至少一個導熱嵌件之連接不包含釺焊連接。此連接特定言之不具有軟焊料或硬焊料。避免使用此類輔助材料，能夠防止二極體雷射裝置與至少一個冷卻裝置之間的熱傳遞被附加熱阻減弱。此外，藉此可改良二極體雷射器配置之長期穩定性。藉由減少或避免此類接合過程或加工過程，更可降低二極體雷射器配置之成本。
該二極體雷射器配置之一種較佳實施方式，其特徵在於：該貼靠體具有用於導引冷卻流體之冷卻結構。藉由由冷卻結構導引之冷卻流體，可傳遞二極體雷射裝置之損耗熱並藉此冷卻二極體雷射裝置。該冷卻流體較佳為液態介質，尤佳為水或水基介質。作為替代方案，較佳如下設置：使用氣態冷卻流體(例如空氣)來進行冷卻。
冷卻結構較佳具有一個或數個可導引冷卻流體之冷卻通道。此等冷卻結構(特別是冷卻通道)可至少部分地由至少一個導熱嵌件限定，以便在此區域中實現冷卻流體與至少一個導熱嵌件之間的直接熱傳遞。較佳地，所述類型之冷卻結構例如以溝槽之形式形成在貼靠體之相反於放置面的區域中。因此，冷卻結構特定言之係佈置於至少一個冷卻裝置或至少一個導熱嵌件所在之側，該側背離二極體雷射裝置。舉例而言，可藉由蓋板相對於二極體雷射器配置之周圍環境將溝槽形或部分開放的冷卻結構密封。
冷卻結構較佳至少部分地按微通道冷卻器樣式設計或者形成微通道冷卻器。藉由冷卻流體可特別有效且方便地冷卻二極體雷射器配置，特別是二極體雷射裝置。
該二極體雷射器配置之一種較佳實施方式，其特徵在於：該至少一個冷卻裝置具有單獨冷卻元件，該單獨冷卻元件與該貼靠體或該至少一個導熱嵌件熱耦合，較佳與該貼靠體及該至少一個導熱嵌件熱耦合。此冷卻元件特定言之採用單獨設計，即，相對於貼靠體及/或至少一個導熱嵌件可被幾何定界。單獨冷卻元件較佳至少局部貼靠於貼靠體。作為替代方案或補充方案，單獨冷卻元件較佳佈置於至少一個導熱嵌件上。在此情況下，貼靠體及至少一個導熱嵌件特定言之被構建成用於改良二極體雷射裝置與單獨冷卻元件之間之熱傳遞的基座(Submount)。
單獨冷卻元件特定言之具有冷卻結構，例如冷卻通道，藉由該等冷卻結構可對用於排出二極體雷射裝置之損耗熱的冷卻流體進行導引，以便冷卻二極體雷射裝置。較佳地，單獨冷卻元件至少局部地被構建成微通道冷卻器。藉由單獨冷卻元件可實現特別有效之冷卻。此外，此種單獨冷卻元件可採用模組化設計，從而能與不同之二極體雷射裝置、貼靠體及導熱嵌件組合。
該二極體雷射器配置之一種較佳實施方式，其特徵在於：該單獨冷卻元件可用冷卻流體冷卻。該冷卻流體較佳為液態介質，尤佳為水或水基介質。作為替代方案，較佳如下設置：使用氣態冷卻流體(例如空氣)來進行冷卻。用冷卻流體進行冷卻特別有效且實現成本低。
該二極體雷射器配置之一種較佳實施方式，其特徵在於：該貼靠體或該至少一個導熱嵌件(較佳地，該貼靠體及該至少一個導熱嵌件)藉由燒結或釺焊而與該單獨冷卻元件連接。藉由此類已被廣泛接受之工藝，能夠低成本實現此連接。
該二極體雷射器配置之一種較佳實施方式，其特徵在於：該至少一個冷卻裝置之至少一個組成部分以增材製造方法製成。特定言之，貼靠體之具有冷卻結構的區域，較佳在相反於放置面之一側上，係以增材製造方法製成。舉例而言，可在第一步驟中藉由燒結且在第二步驟中藉由增材製造方法製造貼靠體。此外，貼靠體可至少部分地藉由增材製造方法而直接形成於至少一個導熱嵌件上。此種增材製造方法特定言之為雷射輔助製造方法，較佳為立體印刷。例如可為粉床法或自由空間法(Freiraumverfahren)。
該二極體雷射器配置之一種較佳實施方式，其特徵在於：本發明之二極體雷射器配置具有兩個冷卻裝置，其中該等兩個冷卻裝置中之第一冷卻裝置佈置於該二極體雷射裝置之第一側，且其中該等兩個冷卻裝置中之第二冷卻裝置佈置於該二極體雷射裝置之相反於該第一側的第二側。二極體雷射裝置之第一側例如可被構建成p側，二極體雷射裝置之第二側可被構建成n側，或者反過來。第一冷卻裝置及/或第二冷卻裝置特定言之為根據前述實施方式之冷卻裝置。
第一及第二冷卻裝置特定言之分別具有貼靠體及至少一個導熱嵌件。第一及第二冷卻裝置較佳分別適應二極體雷射裝置之p側及n側的具體要求，特別是關於待排出之損耗熱，其中第一及第二冷卻裝置特定言之採用不同於彼此之設計。二極體雷射裝置之此種雙側冷卻特別有效。
特定言之，本發明用以達成該目的之另一解決方案為提供一種製造二極體雷射器配置之方法。在該方法範圍內，尤佳製造一種如前述實施方式中任一項所述之二極體雷射器配置。在該方法範圍內，將至少一個被構建為用於冷卻二極體雷射裝置之冷卻裝置佈置於該二極體雷射裝置上。其中，將該至少一個冷卻裝置之貼靠體佈置於該二極體雷射裝置上，該貼靠體特定言之具有第一材料。此外，將該至少一個冷卻裝置之至少一個導熱嵌件嵌設於該貼靠體中，該導熱嵌件特定言之具有第二材料。在該方法範圍內特別是產生前文已聯繫二極體雷射器配置所闡述之優點。
在該方法之較佳實施方式中，藉由燒結製造至少一個導熱嵌件。接著，較佳藉由燒結，特別是在另一燒結過程中，將至少一個導熱嵌件嵌設於貼靠體中。
較佳地，特別是藉由選擇且/或組合合適材料及/或藉由合適的造型及尺寸對至少一個導熱嵌件及/或貼靠體進行設計，使得相關之至少一個冷卻裝置的熱膨脹係數與二極體雷射裝置之熱膨脹係數相匹配，較佳為相同。
較佳地，接著至少部分地對具有至少一個導熱嵌件之貼靠體進行機械加工，以便形成安裝二極體雷射裝置所需之精準尺寸及/或平整表面及/或合適的材料厚度。此點之所以可能的原因主要在於至少局部存在足夠大之層厚。
在該方法之較佳實施方式中，藉由燒結或釺焊將具有至少一個導熱嵌件之貼靠體與單獨冷卻元件連接。作為替代方案或補充方案，在貼靠體中較佳形成用於導引冷卻流體之冷卻結構，特別是冷卻通道。此等冷卻結構特定言之位於貼靠體之相反於放置面的一側。較佳地，例如藉由蓋板相對於本發明之二極體雷射器配置的周圍環境將此等結構密封。
作為替代方案或補充方案，較佳至少部分地藉由增材製造方法，較佳藉由雷射輔助製造方法，尤佳藉由立體印刷來進行至少一個導熱嵌件及/或貼靠體之製造及/或至少一個導熱嵌件在貼靠體中之嵌設。
關於二極體雷射器配置之說明以及關於二極體雷射器配置之製造方法的說明可互為補充地加以理解。聯繫方法以明示或隱含方式所闡述之二極體雷射器配置的特徵，較佳單獨地或相互組合地構成二極體雷射器配置之較佳實施方式的特徵。聯繫二極體雷射器配置以明示或隱含方式所闡述之方法步驟，較佳單獨地或相互組合地構成方法之較佳實施方式的步驟。該方法之特色較佳在於至少一個方法步驟，該至少一個方法步驟以該二極體雷射器配置之根據本發明的實施方式或較佳實施方式之至少一項特徵為條件。該二極體雷射器配置之特色較佳在於至少一項特徵，該至少一項特徵以該方法之根據本發明的實施方式或較佳實施方式之至少一個步驟為條件。
圖1以縱剖面示意圖示出二極體雷射器配置1之第一實施例。二極體雷射器配置1具有二極體雷射裝置3。舉例而言，二極體雷射裝置3具有包含數個發射器之二極體雷射條或者被構建成包含數個發射器之二極體雷射條。二極體雷射裝置3特定言之具有大功率二極體雷射條或者被構建成大功率二極體雷射條。特定言之，所述類型之一個或數個較佳被構建成二極體雷射條之發射器被構建成邊緣發射器。二極體雷射裝置3特定言之被構建為用於基本上沿著(以觀察者之角度看)向左指之箭頭5的方向發射雷射束。二極體雷射裝置3在此例示性地呈板形。
二極體雷射器配置1進一步具有至少一個冷卻裝置7。在根據圖1之實施例中，設有恰好一個此種冷卻裝置7。至少一個冷卻裝置7佈置於二極體雷射裝置3上。冷卻裝置7在此係貼靠二極體雷射裝置3。在根據圖1之實施例中，冷卻裝置7(特別是冷卻裝置7之至少部分地供二極體雷射裝置3放置的放置面9)--以觀察者之角度看--延伸超出二極體雷射裝置3之右端10。
至少一個冷卻裝置7被構建為用於冷卻二極體雷射裝置3。在根據圖1之實施例中，熱傳遞特定言之係至少透過放置面9之若干區段而發生於二極體雷射裝置3與冷卻裝置7之間。
至少一個冷卻裝置7具有貼靠體11及至少一個導熱嵌件13。在根據圖1之實施例中，設有恰好一個例示性地呈板形之導熱嵌件13。導熱嵌件13特定言之被佈置成基本平行於二極體雷射裝置3及放置面9。貼靠體11具有第一材料或者由第一材料構成。至少一個導熱嵌件13具有不同於第一材料之第二材料或者由不同於第一材料之第二材料構成。
貼靠體11佈置於二極體雷射裝置3上。在根據圖1之實施例中，二極體雷射裝置3在放置面9之一區域中貼靠於貼靠體11。放置面9在此為平整的，使得二極體雷射裝置3可基本無隙地貼靠於貼靠體11。以觀察者之角度看，放置面9特定言之沿著出入圖式平面之方向延伸，使得二極體雷射裝置3以第一側14完整地放置於放置面上。以此方式，在二極體雷射裝置3與冷卻裝置7之間實現特別有效之熱傳遞。
至少一個導熱嵌件13嵌設於貼靠體11中。在根據圖1之實施例中，導熱嵌件13佈置於貼靠體11之內部。其中，導熱嵌件13特定言之在導熱嵌件13之(以觀察者之角度看)位於圖式平面下方的末端以及導熱嵌件13之位於圖式平面上方的末端處被貼靠體11包圍，使得導熱嵌件13被貼靠體11基本上完全包圍。
貼靠體11在此形成導熱嵌件13周圍之閉合包裹物。其中，貼靠體11在放置面9區域內之材料厚度(在圖1中乃是貼靠體11之位於導熱嵌件13與放置面9之間之區段的延伸)可被構建為恆定的或變化的。在圖1中，此區域內之材料厚度例示性地被構建為恆定的。所述類型之材料厚度在安裝二極體雷射裝置3之前特定言之採用允許進行機械加工(尤指以幾何確定切削刃及/或幾何不定切削刃所進行之切削)之尺寸，以便至少部分地以安裝二極體雷射裝置3所需要之幾何特性(例如平整度)來製造放置面9。
可選地，第一材料具有第一熱導率，其中第二材料具有第二熱導率，第二熱導率大於第一熱導率。第一材料特定言之為銅或銅合金。第二材料特定言之選自銅-金剛石複合材料、銀-金剛石複合材料及碳複合材料所組成之群組。
至少一個冷卻裝置7之熱膨脹係數特定言之與二極體雷射裝置3之熱膨脹係數相適配，以避免二極體雷射裝置3(特別是二極體雷射裝置3之一個或數個發射器)之應力。
可選地，至少一個導熱嵌件13藉由燒結而製成。
可選地，至少一個導熱嵌件13藉由燒結而與貼靠體11連接。貼靠體11特定言之係藉由燒結而製成。
貼靠體11與至少一個導熱嵌件13之連接特定言之不包含釺焊連接。其中，特定言之不設置用於連接貼靠體11與至少一個導熱嵌件13之軟焊料或硬焊料。
可選地，貼靠體11具有用於導引冷卻流體之冷卻結構，根據圖1之實施例中未設置此方案。相應之冷卻結構圖示於圖3中。根據圖1，貼靠體11及導熱嵌件13形成特別是有利於散熱之基座。
可選地，至少一個冷卻裝置7--如圖1所示--具有單獨冷卻元件15，該單獨冷卻元件與貼靠體11及/或至少一個導熱嵌件13熱耦合。單獨冷卻元件15在此特定言之被構建成相對於貼靠體11及至少一個導熱嵌件13可被幾何定界。根據圖1，單獨冷卻元件15在貼靠體11之相反於放置面9的連接面16上貼靠於貼靠體11，其中與貼靠體11及導熱嵌件13實現熱耦合。因此，透過貼靠體11及導熱嵌件13從二極體雷射裝置3吸收損耗熱並釋放到單獨冷卻元件15上。由於第一材料具有良好的機械可加工性，連接面16之表面及/或結構可與單獨冷卻元件15配合，使得貼靠體11與單獨冷卻元件15之間發生熱傳遞時遇到儘可能低之熱阻。
較佳地，貼靠體11至少在鄰接二極體雷射裝置3之區域中沿著放置面9之一個部分具有較佳最小為5 µm且最大為100 µm、較佳最小為10 µm且最大為50 µm之材料厚度。較佳地，貼靠體11至少在鄰接單獨冷卻元件15之區域中沿著連接面16具有較佳最小為5 µm且最大為100 µm、較佳最小為10 µm且最大為50 µm之材料厚度。藉由此等材料厚度確保二極體雷射裝置3與導熱嵌件13之間以及導熱嵌件13與單獨冷卻元件15之間的有效熱傳遞。
如根據圖1之實施例所示，藉由導熱嵌件13可將特別是局部透過二極體雷射裝置3經由放置面9而被導入包含導熱嵌件13之貼靠體11中的損耗熱較佳以均佈於連接面16之方式釋放到單獨冷卻元件15上。包含導熱嵌件13之貼靠體11在此主要起散熱器(Wärmespreizer)作用，藉此提高散熱效率。以觀察者之角度看，包含導熱嵌件13之貼靠體11亦可以超過圖1所示之程度向右延伸，例如恰好以與冷卻元件15相同之程度。
可選地，單獨冷卻元件15可用冷卻流體冷卻。在根據圖1之實施例中，示意性地示出導引此冷卻流體之冷卻迴路17。
貼靠體11及/或至少一個導熱嵌件13特定言之係藉由燒結或釺焊而與單獨冷卻元件15連接。
圖2以縱剖面示意圖示出二極體雷射器配置1之第二實施例。相同元件及功能相同之元件以相同符號標示，故相關內容請參閱前述說明。二極體雷射器配置1在此具有兩個所述類型之冷卻裝置7。其中，兩個冷卻裝置7中之第一冷卻裝置7.1佈置於例示性地呈板形之二極體雷射裝置3的第一側14。兩個冷卻裝置7中之第二冷卻裝置7.2佈置於二極體雷射裝置3之相反於第一側14的第二側19。
第一冷卻裝置7.1在此具有所述類型之第一貼靠體11.1。此外，第一冷卻裝置7.1具有所述類型之第一導熱嵌件13.1a及所述類型之第二導熱嵌件13.1b，該等導熱嵌件分別嵌設於第一貼靠體11.1中。包含第一導熱嵌件13.1a及第二導熱嵌件13.1b之第一貼靠體11.1延伸超出二極體雷射裝置3之右端10的程度遠遠超過根據圖1之實施例中的包含導熱嵌件13之貼靠體11。舉例而言，第一導熱嵌件13.1a可具有銅-金剛石複合材料或銀-金剛石複合材料，其中第二導熱嵌件13.1b具有碳複合材料。
第一冷卻裝置7.1之第一導熱嵌件13.1a及第二導熱嵌件13.1b分別呈板形且被佈置成基本平行於第一冷卻裝置7.1之放置面9以及二極體雷射裝置3。第一冷卻裝置7.1之第一導熱嵌件13.1a在此以第一貼靠體11.1之區段21為間隔而緊鄰二極體雷射裝置3佈置，其中第一冷卻裝置7.1之第二導熱嵌件13.1b佈置於第一冷卻裝置7.1之第一導熱嵌件13.1a與所述類型之第一單獨冷卻元件15之間。在根據圖2之實施例中，第一導熱嵌件13.1a及第二導熱嵌件13.1b彼此貼靠。
較佳地，第一貼靠體11.1至少在鄰接二極體雷射裝置3之區域中沿著放置面9之一個部分(特別是在區段21中)的材料厚度最小為5 µm且最大為100 µm，較佳最小為10 µm且最大為50 µm。第一貼靠體11.1至少在鄰接第一單獨冷卻元件15之區域中沿著連接面16之材料厚度較佳最小為5 µm且最大為100 µm，較佳最小為10 µm且最大為50 µm。
第二冷卻裝置7.2具有第二貼靠體11.2以及嵌設於第二貼靠體11.2中之導熱嵌件13.2。第二冷卻裝置7.2在此以與第一冷卻裝置7.1相同之程度延伸超出二極體雷射裝置3之右端10。此外，第二冷卻裝置7.2具有所述類型之第二單獨冷卻元件15。
第二冷卻裝置7.2之導熱嵌件13.2在此呈板形且被佈置成基本平行於第二冷卻裝置7.2之放置面9以及二極體雷射裝置3。
較佳地，第二貼靠體11.2至少在鄰接二極體雷射裝置3之區域中沿著放置面9之一個部分的材料厚度最小為5 µm且最大為100 µm，較佳最小為10 µm且最大為50 µm。較佳地，第二貼靠體11.2至少在鄰接第二單獨冷卻元件15之區域中沿著連接面16之材料厚度最小為5 µm且最大為100 µm，較佳最小為10 µm且最大為50 µm。
如根據圖2之實施例所示，藉由導熱嵌件13.1a、13.1b、13.2可將特別是局部透過二極體雷射裝置3經由放置面9而被導入包含導熱嵌件13.1a、13.1b、13.2之第一貼靠體11.1及第二貼靠體11.2中的損耗熱較佳分別以均佈於連接面16之方式釋放到單獨冷卻元件15上。與根據圖1之實施例相比，根據圖2，連接面16與放置面9被導入損耗熱之區域之間的比例明顯增大。以此方式實現特別有效之熱分散，從而進一步提高散熱效率。
可選地如下設置：透過第一冷卻裝置7.1及第二冷卻裝置7.2為二極體雷射裝置3供電，其中，特別是透過第一冷卻裝置7.1及第二冷卻裝置7.2各自所對應之放置面9來實現二極體雷射裝置3之電連接。
下面對二極體雷射器配置1(特別是根據前述實施例之二極體雷射器配置1)之製造方法進行說明。在該方法範圍內，將至少一個被構建為用於冷卻二極體雷射裝置3之冷卻裝置7、7.1、7.2佈置於二極體雷射裝置3上。將至少一個冷卻裝置7、7.1、7.2之貼靠體11、11.1、11.2佈置於二極體雷射裝置3上。此外，將至少一個冷卻裝置7、7.1、7.2之至少一個導熱嵌件13、13.1a、13.1b、13.2嵌設於貼靠體11、11.1、11.2中。
圖3示出二極體雷射器配置1之第三實施例。相同元件及功能相同之元件以相同符號標示，故相關內容請參閱前述說明。在此實施例中，二極體雷射器配置1具有恰好一個冷卻裝置7，該冷卻裝置佈置於二極體雷射裝置3之第一側14。冷卻裝置7具有貼靠體11及導熱嵌件13。此處例示性地選擇導熱嵌件13(以觀察者之角度看)向右之空間延伸。作為替代方案，導熱嵌件13可進一步地朝貼靠體11之最外右端方向延伸。
貼靠體11在區段21中之材料厚度相當小，在該區段中，二極體雷射裝置3透過放置面9而佈置於貼靠體11上。區段21中之材料厚度較佳最小為5 µm且最大為100 µm，較佳最小為10 µm且最大為50 µm。
貼靠體11在貼靠體11之相反於放置面9的一側上具有更大之材料厚度。特定言之，該材料厚度在導熱嵌件13之底側23與貼靠體11之基底區域25之間可選地為至少1 mm，可選地為至少3 mm，或者可選地為至少5 mm。
貼靠體11在導熱嵌件13之底側23與貼靠體11之基底區域25之間的區域中具有用於導引冷卻流體之冷卻結構27，該等冷卻結構特定言之為冷卻迴路17的一部分。基於在此區域內所設之材料厚度，藉由機械加工能夠方便地在貼靠體11中形成冷卻結構27。冷卻結構27具有數個冷卻通道，該等冷卻通道導引冷卻流體鄰近地沿著導熱嵌件13流動，以便能在該處實現有效熱傳遞。舉例而言，冷卻流體在此透過冷卻裝置7之入口28以箭頭29之方向被冷卻結構27導引至導熱嵌件13附近，其中冷卻流體可在該處吸收熱量。冷卻流體可被圖3中未示出之冷卻結構27再度從導熱嵌件13附近引開。
為了在導熱嵌件13與冷卻結構27或在導熱嵌件13附近在冷卻結構中被導引的冷卻流體之間實現特別有效之熱傳遞，貼靠體11在導熱嵌件13之底側23與冷卻結構27之吸熱區段31之間之區域中的材料厚度被設計得相對較小，其中該材料厚度較佳最小為5 µm且最大為100 µm，較佳最小為10 µm且最大為50 µm。在根據圖3之實施例中，冷卻結構27具有數個吸熱區段31。
可選地，至少一個冷卻裝置7(在此為恰好一個冷卻裝置7)之至少一個組成部分係以增材製造方法製成。貼靠體11可藉由增材製造方法並結合另一製造方法(例如燒結)而製成。特定言之，貼靠體11之至少一個包含冷卻結構27的區段可藉由增材製造方法而實現。然而，貼靠體11亦可整體以增材製造方法製成。
貼靠體11具有蓋板33，該蓋板在貼靠體11之基底區域25中相對於二極體雷射器配置1之周圍環境將冷卻結構27密封。蓋板33與貼靠體11之(以觀察者之角度看)位於蓋板33上方的部分固定安裝。作為替代方案，可選地如下設置：蓋板33與貼靠體11之位於蓋板33上方的部分一體成型，其中，包含冷卻結構27之貼靠體11特別是以增材製造方法製成。
在根據圖3之二極體雷射器配置1的實施例中，鑒於貼靠體11中設有冷卻結構27，可棄用前述類型之單獨(尤指與貼靠體11空間分離)冷卻元件15。
總體而言，藉由二極體雷射器配置1以及二極體雷射器配置1之該製造方法，可改良二極體雷射裝置3之冷卻並降低製造成本。
1:二極體雷射器配置 3:二極體雷射裝置 5:箭頭 7:冷卻裝置 7.1:第一冷卻裝置 7.2:第二冷卻裝置 9:放置面 10:右端 11:貼靠體 11.1:第一貼靠體 11.2:第二貼靠體 13:導熱嵌件 13.1a:第一導熱嵌件 13.1b:第二導熱嵌件 13.2:導熱嵌件 14:第一側 15:單獨冷卻元件/第一單獨冷卻元件/第二單獨冷卻元件 16:連接面 17:冷卻迴路 19:第二側 21:區段 23:底側 25:基底區域 27:冷卻結構 28:入口 29:箭頭 31:吸熱區段 33:蓋板
下面參考圖式對本發明進行詳細闡述。其中： 圖1為具有恰好一個冷卻裝置之二極體雷射器配置之第一實施例的縱剖面示意圖， 圖2為具有兩個冷卻裝置之二極體雷射器配置之第二實施例的縱剖面示意圖，及 圖3為具有恰好一個冷卻裝置之二極體雷射器配置之第三實施例的縱剖面示意圖。
1:二極體雷射器配置
3:二極體雷射裝置
5:箭頭
7:冷卻裝置
9:放置面
10:右端
11:貼靠體
13:導熱嵌件
14:第一側
15:單獨冷卻元件/第一單獨冷卻元件/第二單獨冷卻元件
16:連接面
17:冷卻迴路

Claims (13)

  1. 一種二極體雷射器配置(1)，具有：二極體雷射裝置(3)，及至少一個冷卻裝置(7，7.1，7.2)，其中，該至少一個冷卻裝置(7，7.1，7.2)佈置於該二極體雷射裝置(3)上，其中，該至少一個冷卻裝置(7，7.1，7.2)被構建為用於冷卻該二極體雷射裝置(3)，其中，該至少一個冷卻裝置(7，7.1，7.2)具有貼靠體(11，11.1，11.2)及至少一個導熱嵌件(13，13.1a，13.1b，13.2)，其中，該貼靠體(11，11.1，11.2)具有第一材料或者由第一材料構成，其中，該至少一個導熱嵌件(13，13.1a，13.1b，13.2)具有不同於該第一材料之第二材料或者由不同於該第一材料之第二材料構成，其中，該貼靠體(11，11.1，11.2)佈置於該二極體雷射裝置上(3)，且其中，該至少一個導熱嵌件(13，13.1a，13.1b，13.2)嵌設於該貼靠體(11，11.1，11.2)中，其中該第一材料為銅或銅合金，其中該至少一個導熱嵌件(13，13.1a，13.1b，13.2)係佈置於該貼靠體(11，11.1，11.2)之內部，使得該貼靠體(11，11.1，11.2)形成該導熱嵌件(13，13.1a，13.1b，13.2)周圍之閉合包裹物，且其中該貼靠體(11，11.1，11.2)與該至少一個導熱嵌件(13，13.1a， 13.1b，13.2)之連接不包含釺焊連接。
  2. 如請求項1之二極體雷射器配置(1)，其特徵在於，該第一材料具有第一熱導率，其中該第二材料具有第二熱導率，該第二熱導率大於該第一熱導率。
  3. 如請求項1或2之二極體雷射器配置(1)，其特徵在於，該第二材料選自銅-金剛石複合材料、銀-金剛石複合材料及碳複合材料所組成之群組。
  4. 如請求項1或2之二極體雷射器配置(1)，其特徵在於，該至少一個冷卻裝置(7，7.1，7.2)之熱膨脹係數與二極體雷射裝置(3)之熱膨脹係數相適配，以避免該二極體雷射裝置(3)之應力。
  5. 如請求項1或2之二極體雷射器配置(1)，其特徵在於，該至少一個導熱嵌件(13，13.1a，13.1b，13.2)藉由燒結而製成。
  6. 如請求項1或2之二極體雷射器配置(1)，其特徵在於，該至少一個導熱嵌件(13，13.1a，13.1b，13.2)藉由燒結而與該貼靠體(11，11.1，11.2)連接。
  7. 如請求項1或2之二極體雷射器配置(1)，其特徵在於，該貼靠體(11，11.1，11.2)具有用於導引冷卻流體之冷卻結構(27)。
  8. 如請求項1或2之二極體雷射器配置(1)，其特徵在於，該至少一個冷卻裝置(7，7.1，7.2)具有單獨冷卻元件(15)，該單獨冷卻元件與該貼靠體(11，11.1，11.2)及/或該至少一個導熱嵌件(13，13.1a，13.1b，13.2)熱耦合。
  9. 如請求項1或2之二極體雷射器配置(1)，其特徵在於，該單獨冷卻元件(15)可用冷卻流體冷卻。
  10. 如請求項1或2之二極體雷射器配置(1)，其特徵在於，該貼靠體(11，11.1，11.2)藉由燒結而與該單獨冷卻元件(15)連接。
  11. 如請求項1或2之二極體雷射器配置(1)，其特徵在於，該至少一個冷卻裝置(7，7.1，7.2)之至少一個組成部分以增材製造方法製成。
  12. 如請求項1或2之二極體雷射器配置(1)，其特徵在於兩個冷卻裝置(7，7.1，7.2)，其中該等兩個冷卻裝置(7，7.1，7.2)中之第一冷卻裝置(7.1)佈置於該二極體雷射裝置(3)之第一側(14)，且其中該等兩個冷卻裝置(7，7.1，7.2)中之第二冷卻裝置(7.2)佈置於該二極體雷射裝置(3)之相反於該第一側(14)的第二側(19)。
  13. 一種製造二極體雷射器配置(1)、特別是如請求項1至12中任一項之二極體雷射器配置(1)的方法，其中，將至少一個被構建為用於冷卻二極體雷射裝置(3)之冷卻裝置(7， 7.1，7.2)佈置於該二極體雷射裝置(3)上，其中，將該至少一個冷卻裝置(7，7.1，7.2)之貼靠體(11，11.1，11.2)佈置於該二極體雷射裝置(3)上，且其中，將該至少一個冷卻裝置(7，7.1，7.2)之至少一個導熱嵌件(13，13.1a，13.1b，13.2)嵌設於該貼靠體(11，11.1，11.2)中，將該至少一個導熱嵌件(13，13.1a，13.1b，13.2)佈置於該貼靠體(11，11.1，11.2)之內部，使得該貼靠體(11，11.1，11.2)形成該導熱嵌件(13，13.1a，13.1b，13.2)周圍之閉合包裹物。
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