WO2021165269A1 - Strahlungsemittierende vorrichtung - Google Patents

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WO2021165269A1
WO2021165269A1 PCT/EP2021/053787 EP2021053787W WO2021165269A1 WO 2021165269 A1 WO2021165269 A1 WO 2021165269A1 EP 2021053787 W EP2021053787 W EP 2021053787W WO 2021165269 A1 WO2021165269 A1 WO 2021165269A1
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core
laser
radiation
waveguide
laser radiation
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PCT/EP2021/053787
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Muhammad Ali
Alfred Lell
Harald KÖNIG
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/4056—Edge-emitting structures emitting light in more than one direction

Definitions

  • a radiation-emitting device is specified.
  • One problem to be solved consists in specifying a radiation-emitting device with a high luminance.
  • the radiation-emitting device comprises a laser bar for emitting laser radiation.
  • the laser bar comprises a large number of individual emitters or laser diodes.
  • the individual emitters each emit laser radiation when the laser bar is operated as intended.
  • the individual emitters are preferably operated in parallel or simultaneously.
  • the laser bar comprises a semiconductor body with an active layer.
  • Each of the individual emitters comprises a uniquely assigned region of the semiconductor body and a uniquely assigned section of the active layer.
  • the semiconductor body is preferably designed to be coherent. This means that the individual emitters are all assigned to the same semiconductor body.
  • the active layer of the semiconductor body can be contiguous or segmented.
  • the laser bar is preferably one edge-emitting laser bars.
  • the laser bar is in particular a semiconductor chip.
  • the semiconductor body of the laser bar is based on a III-V compound semiconductor material, for example.
  • the semiconductor body comprises a layer sequence composed of layers of such a semiconductor material which, for example, have grown epitaxially one above the other.
  • the semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material, such as Al n In ] __ nm Ga m N, or a phosphide compound semiconductor material, such as Al n In ] __ nm Ga m P, or an arsenide
  • Compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m As or Al n In ] __ nm Ga m AsP, where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and m + n ⁇ 1 in each case.
  • the semiconductor body can have dopants and additional components. For the sake of simplicity, however, only the essential constituents of the crystal lattice of the semiconductor body, that is to say Al, As, Ga, In, N or P, are given, even if these can be partially replaced and / or supplemented by small amounts of further substances.
  • the semiconductor body is preferably based on AlInGaN.
  • the active layer of the semiconductor body contains in particular at least one pn junction and / or at least one quantum well structure in the form of a single quantum well, SQW for short, or in the form of a multi-quantum well structure, MQW for short.
  • the active layer can generate electromagnetic radiation in the blue or green or red spectral range or in the UV range or in the IR range.
  • the active layer or the laser bar preferably generates radiation during operation Spectral range between 370 nm and 550 nm inclusive, particularly preferably in the spectral range between 370 nm and 470 nm inclusive.
  • the radiation-emitting device comprises an optical waveguide with a core, a cladding, an entry surface and an exit surface.
  • the waveguide is set up to guide radiation that enters the waveguide via the entry surface to the exit surface within the core.
  • the core is surrounded by the jacket on at least two opposite sides.
  • the jacket is preferably made of a different material than the core. In particular, the jacket is applied directly to the core.
  • the jacket can have a layer or a layer sequence.
  • the core preferably consists of a solid or liquid material.
  • the entry surface and the exit surface are preferably flat surfaces and / or perpendicular to one
  • Main extension direction of the core running surfaces The entry surface and / or the exit surface can be formed by the core or a coating on the core.
  • the radiation-emitting device comprises a heat sink with a mounting side.
  • the heat sink can comprise or consist of metal or ceramic or a metal-ceramic layer structure.
  • the heat sink comprises or consists of: SiC, A1N, Cu, CuW.
  • the heat sink comprises a DCB structure (direct copper bond), for example from an A1N or SiC layer between two copper layers.
  • the mounting side is a side of the heat sink on which components such as the waveguide and / or the laser bar are mounted, for example glued or soldered on.
  • the mounting side is flat.
  • the mounting side is preferably formed from one of the above-mentioned materials.
  • the waveguide is applied to the mounting side of the heat sink.
  • the waveguide is attached to the mounting side of the heat sink, for example soldered or glued on.
  • the jacket is arranged at least above and below the core with respect to the assembly side.
  • the jacket is arranged at least between the mounting side and the core and on a side of the core facing away from the mounting side.
  • the jacket is a different element from the heat sink and is preferably made of a different material than the heat sink.
  • the jacket preferably covers the side of the core facing away from the heat sink and the side of the core facing the heat sink in each case by at least 75% or at least 80% or completely.
  • the sheath of the waveguide can lie directly on the mounting side or be attached to it by means of a connecting means such as adhesive or soldering material.
  • the device is set up in such a way that, during operation, the laser radiation from the laser bar strikes the entry surface of the waveguide and from there reaches the core.
  • the main beam direction of the laser radiation when it strikes the entry surface forms an angle of at most 45 ° or at most 30 ° or at most 10 ° with a normal to the entry surface.
  • the waveguide preferably comprises only a single core into which the laser radiation from all emitting individual emitters of the laser bar is coupled during operation. Alternatively, it is also conceivable that the waveguide has several cores separated from one another.
  • the core comprises a conversion element that converts the laser radiation into secondary radiation during operation.
  • the core can consist of the conversion element or be formed only in sections from the conversion element.
  • the conversion element comprises, for example, a conversion material, also called a luminescent material, which converts the laser radiation into secondary radiation.
  • the secondary radiation in particular has a greater wavelength than the laser radiation.
  • the waveguide can be set up in such a way that the radiation coming from the laser bar is partially or completely converted in the waveguide by the conversion element.
  • the waveguide is designed to guide the laser radiation and / or the secondary radiation within the core to the exit surface by reflection at the interface between the cladding and the core.
  • the radiation is preferably guided predominantly along the mounting side within the core.
  • the laser radiation is guided along a main direction of extent of the core.
  • At least the secondary radiation then emerges from the exit surface.
  • at least 90% of or all of the secondary radiation emerging from the waveguide emerges from the waveguide in the region of the exit surface.
  • the laser radiation is preferred when traversing the waveguide repeatedly reflected at the interface between core and cladding.
  • the laser radiation and / or the secondary radiation are enclosed in the core by total reflection.
  • the cladding then preferably has a smaller refractive index than the core for the laser radiation and / or the secondary radiation.
  • the jacket can be formed from a material that is reflective for the laser radiation and / or secondary radiation. For example, the degree of reflection of the jacket for the laser radiation and / or secondary radiation is then at least 90% or at least 95%.
  • the radiation emerging from the exit surface is preferably light in the visible spectral range, preferably white light.
  • the radiation emerging from the exit surface is preferably largely, for example at least 75% or at least 95% or completely, formed by the secondary radiation.
  • the proportion of laser light harmful to the human eye is preferably kept low.
  • the light-emitting device is suitable, for example, for use in projectors or headlights, in particular the headlights of vehicles.
  • the radiation-emitting device comprises a laser bar for emitting laser radiation, a waveguide with a core, a cladding, an entry surface and an exit surface.
  • the device further comprises a heat sink with a mounting side.
  • the waveguide is open applied to the mounting side of the heat sink, the jacket being arranged at least above and below the core with respect to the mounting side.
  • the device is set up in such a way that the laser radiation hits the entry surface of the waveguide during operation and from there reaches the core.
  • the core comprises a conversion element that converts the laser radiation into secondary radiation during operation.
  • the waveguide is designed to guide the laser radiation and / or the secondary radiation within the core to the exit surface by reflection at the interface between the cladding and the core.
  • the present invention is based, in particular, on the knowledge that nowadays light sources, in particular for the generation of white light, are mostly light-emitting diodes (LEDs), possibly together with a conversion element.
  • LEDs light-emitting diodes
  • GaN LEDs with an emission maximum of around 450 nm are often used. Losses occur with LEDs. With GaN LEDs in particular, there is a drop in efficiency at high currents (droop).
  • the present invention now makes use of the idea of using a laser bar as the primary light source.
  • Laser bars have high optical characteristics
  • the implementation of a conversion element in a core of the waveguide offers the advantage that the laser radiation remains largely trapped in the core and in this way a high efficiency for the conversion into secondary radiation is achieved.
  • the conversion can be distributed over the entire extent. This is advantageous with regard to the development of heat and quenching in the conversion element. The heat that still occurs during the conversion can be efficiently dissipated through the use of the heat sink.
  • a lateral extension of the core measured parallel to or along the mounting side, is greater than a vertical extension of the core, measured perpendicular to the mounting side.
  • the lateral extent of the core is at least three times or at least five times or at least ten times or at least 20 times as large as the vertical extent.
  • the waveguide is preferably arranged along the entire lateral extent of the core on the mounting side, fastened and supported by the heat sink.
  • the vertical dimension of the core is for example between 50 gm and 150 gm inclusive, for example about 100 ⁇ m.
  • the conversion material of the conversion element is, for example, homogeneously distributed in the core along a large part, such as at least 75% or 90%, of the lateral extent of the core. This way the heat builds up Advantageously distributed over a large area within the core and can thus be efficiently dissipated via the heat sink.
  • the conversion material can be distributed homogeneously or inhomogeneously along the vertical extent.
  • the core is designed in the form of a plate. That is, the core comprises two planar and mutually parallel or substantially parallel main surfaces, the dimensions of which are each larger, for example at least three times or at least 5 times or at least ten times or at least 20 times as large as the distance between them.
  • the main surfaces preferably run parallel or almost parallel to the mounting side.
  • the waveguide itself can also be plate-shaped. The platelet-shaped configuration enables a large-area connection to the heat sink, which is advantageous with regard to heat dissipation.
  • the jacket is applied to at least the two main surfaces of the platelet-shaped core.
  • a first section of the jacket then covers one main surface.
  • a second section of the jacket covers the other major surface.
  • the interfaces between the main surfaces of the core and the two sections of the jacket are each flat. Transverse sides of the core that run transversely or perpendicularly to the main surfaces can also be covered by sections of the jacket.
  • the main surfaces of the core can have triangular, rectangular, square, round or hexagonal shapes.
  • the two main surfaces of the core are preferably of the same size and shape within the scope of the manufacturing tolerance.
  • the exit surface and / or the entry surface are preferably formed on the transverse sides of the core.
  • the exit area and / or the entry area is preferably none other than a main area, for example at most half as large or at most 1/5 or at most 1/10 or at most 1/20 as large as the main area.
  • the conversion element extends continuously over the entire vertical extent of the core, the vertical extent being measured perpendicular to the mounting side.
  • the conversion material is then distributed homogeneously in the core along the vertical direction.
  • an inner region of the core is free of the conversion element.
  • An outer region of the core facing the jacket is formed by the conversion element.
  • one or both main surfaces of the core is largely or completely formed by the conversion element and the inner area between the two main surfaces is free of the conversion element.
  • the inner area extends, for example, continuously and without interruptions over the entire lateral extent of the core.
  • the vertical extension of the inner area, measured perpendicular to the mounting side, is, for example, at least 50% or at least 75% of the vertical extension of the entire core.
  • the part of the core that forms the inner region is formed, for example, by a carrier, for example made of sapphire, GaN, AlN or SiC.
  • the entry surface and the exit surface run transversely or perpendicularly to the mounting side of the heat sink.
  • the entry surface or only the exit surface can run perpendicular to the mounting side. It is also possible for the entry surface and / or the exit surface to run parallel to the mounting side.
  • the exit surface is arranged transversely or perpendicular to the entry surface.
  • the normal vectors of the entry surface and the exit surface preferably run parallel or almost parallel to the mounting side and transversely or perpendicularly to one another.
  • the jacket comprises a metal layer and / or a dielectric layer and / or a semiconductor layer.
  • the cladding comprises a layer made of Ag or Al. It is also possible for the cladding to comprise a plurality of dielectric layers with alternately higher and lower refractive indices.
  • the jacket then forms a Bragg mirror for the laser radiation and / or secondary radiation.
  • the area of the jacket between the core and the heat sink comprises or consists of a metal layer and the area of the jacket on the side of the core facing away from the heat sink one or more comprises or consists of dielectric layers. Heat can then be transported away to the heat sink particularly efficiently via the area of the jacket between the core and the heat sink.
  • the laser bar or the semiconductor body of the laser bar is based on Al n In ] __ nm Ga m N, where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and m + n ⁇ 1.
  • the conversion element comprises a conversion material and a matrix material.
  • the conversion material is embedded in the matrix material.
  • the matrix material is A1N or glass.
  • the matrix material can be crystalline, amorphous and / or polycrystalline.
  • the conversion material can, for example, be a garnet doped with rare earths or oxynitride or aluminate or aluminum oxynitride or orthosilicate or thiogallate or alkaline earth sulfide or alkaline earth silicon nitride or a combination thereof.
  • the conversion element can also consist of a pressed powder from the conversion material or consist of the sintered conversion material.
  • the conversion element is then a ceramic made from the conversion material.
  • the conversion element comprises an epitaxially grown semiconductor structure, for example based on In, Ga, Al, As, P, N and / or combinations thereof.
  • the semiconductor structure comprises one or more quantum wells (English: quantum wells) and / or quantum dots (English: quantum dots).
  • the semiconductor structure of the conversion element can be based on a II-VI or III-V semiconductor material. The laser radiation is absorbed in the semiconductor structure, creating electron-hole pairs that then recombine. The secondary radiation is created during this recombination. Since laser radiation is used, semiconductor structures can be used without doping, which reduces the loss due to non-radiative recombination.
  • the semiconductor structure of the conversion element can be grown on a growth substrate, the growth substrate forming part of the core of the waveguide.
  • the growth substrate is, for example, A1N, GaN or SiC.
  • the growth substrate can form the above-mentioned support of the inner region of the core.
  • the waveguide and the conversion element are preferably set up in such a way that UV laser radiation is fully converted.
  • the conversion element then comprises blue, green and red conversion materials. Blue laser radiation is preferably only partially converted.
  • the conversion element for this purpose comprises green and red conversion materials as well as scattering elements in order to destroy the coherence of the remaining blue laser radiation.
  • the entry surface is formed by a coating which is permeable to the laser radiation and reflective to the secondary radiation. This prevents secondary radiation from leaving the waveguide via the entry surface.
  • the exit surface can be formed by a coating which is permeable to the secondary radiation but impermeable for the laser radiation is. This prevents harmful laser radiation from leaving the waveguide via the exit surface.
  • the coatings can be formed by layer systems with a plurality of dielectric layers.
  • the laser bar is arranged on the same heat sink as the waveguide. This makes the device compact. Alternatively, however, it is also conceivable that the laser bar is arranged on a different heat sink than the waveguide. The heat sink of the waveguide and the laser bar are then not directly connected to one another, for example.
  • the device has a plurality of laser bars. All of the features disclosed so far and below in relation to a laser bar are also disclosed for each further laser bar of the device.
  • the waveguide comprises several entry surfaces. All of the features disclosed so far and in the following in connection with an entry surface are also disclosed for each additional entry surface.
  • an entry surface is assigned to each laser bar unambiguously, preferably one-to-one, in such a way that, during operation, the laser radiation of the laser bar strikes the assigned entry area of the waveguide and from there reaches the core of the waveguide.
  • the use of several laser bars allows the output power to be scaled.
  • a first laser bar generates and emits laser radiation of a first wavelength range during operation and a second laser bar generates and emits laser radiation of a second wavelength range that is different from the first wavelength range.
  • the first laser bar generates and emits laser radiation in the UV range, in particular in the range between 375 nm and 425 nm
  • the second laser bar laser radiation in the blue spectral range, in particular in the range between 430 nm and 470 nm
  • Laser bars arranged alternately around the waveguide.
  • a white light source with high luminance and high color rendering index can be realized.
  • both Eu-doped and Ce-doped conversion materials are preferably used in order to avoid thermal quenching.
  • the entry surfaces are each formed by a coating.
  • the coating of the entry surfaces assigned to the first laser bar is permeable for the laser radiation of the first wavelength range and reflective for the laser radiation of the second wavelength range.
  • the coating of the entry surface assigned to the second laser bar is permeable for the laser radiation of the second wavelength range and reflective for the laser radiation of the first wavelength range.
  • the coatings are each also reflective for the secondary radiation that arises from the conversion of the laser radiation. “Reflective” here means that the degree of reflection for the radiation in question is at least 90% or at least 95%. In the present case, “transmissive” means that the degree of transmission for the radiation in question is at least 80% or at least 90%.
  • the entry surfaces assigned to the first and second laser bars lie opposite one another in a lateral direction, parallel to the mounting side.
  • the waveguide is arranged in the lateral direction between these two entry surfaces.
  • the two entry surfaces can run parallel to one another.
  • the exit surface then preferably runs transversely to the two entry surfaces.
  • FIGS. 11 and 12 exemplary embodiments of the waveguide in perspective view.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the radiation-emitting device 100 in a cross-sectional view.
  • the device 100 comprises a heat sink 3, for example made of SiC, AlN, Cu or CuW.
  • a waveguide 2 is arranged on a mounting side 30 of the heat sink 3.
  • the waveguide 2 comprises a core 20 and a cladding 21.
  • the cladding 21 covers the core 20 on a side facing the heat sink 3 and on a side facing away from the core 20.
  • the core 20 here has, for example, the shape of a plate with two opposing main surfaces, which run parallel to one another and parallel to the mounting side 30 and to which the jacket 21 is adjacent.
  • a laser bar 1 is also arranged on the heat sink 3 and comprises a plurality of individual emitters (not shown), some or all of these individual emitters emitting laser radiation when the laser bar 1 is in operation.
  • the laser bar 1 is based, for example, on AlInGaN and, during operation, emits laser radiation in the blue spectral range or in the UV range.
  • the laser bar 1 is followed by an optical system 10, for example in the form of a lens or a lens system.
  • the optics 10 focuses the laser radiation of the laser bar 1 on an entry surface 22 of the waveguide 2.
  • the entry surface 22 here runs perpendicular to the mounting side 30 of the heat sink 3.
  • the entry surface 22 is formed in the present case by a coating 24 that is permeable to the laser radiation of the laser bar 1.
  • the laser radiation strikes the entry surface 22 and has a
  • the conversion element 4 comprises, for example, a matrix material, for example in the form of glass or A1N, with particles of a conversion material embedded therein.
  • the conversion material is, for example, Ce: YAG.
  • the conversion element 4 can also be sintered conversion material or pressed conversion material.
  • the conversion material 4 is set up to convert the laser radiation into secondary radiation.
  • the waveguide 2 is set up in such a way that the laser radiation and preferably also the secondary radiation is guided by reflection at the interface between the core 20 and the cladding 21 within the core 20 in the direction of an exit surface 23 of the waveguide 2.
  • the exit surface 23 lies opposite the entry surfaces 22 in the lateral direction, parallel to the mounting side 30, and also runs transversely to the mounting side 30.
  • the cladding 21 can have a material that reflects the laser radiation and / or the secondary radiation, for example a metal or several dielectric layers that form a Bragg mirror.
  • the material of the cladding 21 is transparent to the laser radiation and / or the secondary radiation, but a refractive index of the cladding 21 is smaller than that of the core 20, so that total reflection occurs at the interface.
  • the jacket 21 is in particular formed from a different material than the heat sink 3.
  • the jacket 21 in the area between the heat sink 3 and the core 20 is formed from a metal such as Ag or Al.
  • the jacket 21 can be formed from one or more dielectric layers.
  • the coating 24 of the waveguide 2, which forms the entry surface 22, is preferably reflective for the secondary radiation, so that secondary radiation does not exit the waveguide 2 via the entry surface 22.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the radiation-emitting device 100.
  • the entry surface 22 of the waveguide 2 is not formed here by a coating, but by the core 20 itself.
  • the laser radiation does not hit the mounting side 30 parallel to the Entrance surface 22, but is specifically tilted into the waveguide 22 towards the mounting side 30, so that the path length within the core 20 is increased and thereby an even greater proportion of the laser radiation is converted into secondary radiation.
  • FIG. 1 A third exemplary embodiment of the radiation-emitting device 100 is shown in FIG.
  • the core 20 of the waveguide 2 is not completely formed by the conversion element 4.
  • the core 20 comprises an inner region that is free from the conversion element 4.
  • An outer region of the core 20 facing the jacket 21 and adjoining the jacket 21 is formed by the conversion element 4.
  • the inner region of the core 20 can be filled with air or can be formed by a carrier 26, for example made of sapphire, AlN, GaN or SiC.
  • the conversion element 4 comprises, for example, semiconductor structures with quantum wells or quantum dots.
  • FIG. 1 A fourth exemplary embodiment of the radiation-emitting device 100 is shown in FIG.
  • the exemplary embodiment is similar to that of FIG. 3.
  • the carrier 26 protrudes from the jacket 21 in the lateral direction, parallel to the mounting side 30.
  • the entry surface 22 and the exit surface 25 run parallel or essentially parallel to the mounting side 30.
  • the carrier 26 is not covered by the jacket 21.
  • the laser radiation of the laser bar 1 strikes the entry surface 22 perpendicularly or almost perpendicularly.
  • the carrier 26 comprises deflection structures which deflect the laser radiation in the direction parallel to the mounting side 30.
  • the laser radiation is then converted into secondary radiation by means of the conversion element 4.
  • the secondary radiation is then deflected again in a region of the carrier 26 protruding laterally from the jacket 21 via deflection structures in the direction away from the mounting side 30 and emerges from the waveguide 2 via the exit surface 23.
  • the exit surface 23 of the waveguide 2 is formed by a coating 25 which is reflective for the laser radiation and permeable for the secondary radiation.
  • FIG. 5 shows a fifth exemplary embodiment of the radiation-emitting device 100.
  • the core 20 of the waveguide comprises a growth substrate 26, for example made of sapphire or SiC, with a semiconductor structure epitaxially grown thereon, which has several quantum wells.
  • the semiconductor structure with the quantum wells forms the conversion element 4.
  • FIG. 6 shows a sixth exemplary embodiment of the radiation-emitting device, now in a plan view of the mounting side 30 of the heat sink 3.
  • the waveguide 2 is a plate-shaped element.
  • the transverse sides of the core 20 running transversely to the assembly side 30 are also covered with the jacket 21.
  • the cladding 21 is at least partially formed by coatings 24 which are permeable to certain laser radiation but impermeable to the secondary radiation.
  • the device 100 comprises a plurality of laser bars 1, 1 a.
  • First laser bars 1 emit laser radiation in a first wavelength range, in the present case UV radiation as an example, and second laser bars 1 a emitted radiation in a second wavelength range, in the present example in the blue spectral range.
  • An entry surface 22 of the waveguide 2 is uniquely assigned to each of the laser bars 1, la.
  • the entry surfaces 22 are each formed by the above-mentioned coating 24.
  • the coatings 24 assigned to the first laser bars 1 are permeable to the laser radiation of the first wavelength range and reflective to the laser radiation of the second wavelength range.
  • the coatings 24 assigned to the second laser bars 1 a are permeable to the laser radiation of the second wavelength range and impermeable to the laser radiation of the first wavelength range. In this way, the portion of the laser radiation that emerges unconverted from the waveguide is reduced.
  • a first laser bar 1 is arranged opposite a second laser bar la, so that the first laser bar 1 emits laser radiation in the direction of the second laser bar la and the second laser bar la laser radiation emitted in the direction of the first laser bar 1.
  • the waveguide 2 is arranged between these opposing laser bars 1, la.
  • the exit surface 23 via which the secondary radiation exits from the waveguide 2 runs perpendicular to some here of the entry surfaces 22.
  • the conversion element 4 comprises, for example, Eu-doped and Ce-doped conversion materials.
  • the waveguide 2 comprises a section in which the lateral extent of the waveguide and the core decreases continuously up to the exit surface 23, whereby the secondary radiation is focused.
  • FIG. 8 An exemplary embodiment is shown in which a plurality of laser bars are used again, but this time only second laser bars 1 a are used, which, for example, each emit laser radiation in the blue spectral range.
  • the waveguide 2 comprises structures which direct the laser radiation within the core 20 in the direction of the exit surface 23.
  • the exit surface 23 is formed here with a coating 25 which reflects the blue laser radiation and lets the secondary radiation through.
  • FIG. 9 shows a ninth exemplary embodiment of the radiation-emitting device 100.
  • the waveguide 2 viewed in plan view, has the geometric shape of a hexagon.
  • the waveguide 2 and the core 20 have the geometric shape of a rectangle in plan view.
  • the waveguide 2 is designed in a manner similar to that in FIG. In this exemplary embodiment, only first laser bars 1 are used, for example, which emit UV radiation.
  • the exit surface 23 of the waveguide 2 is an optical one Downstream of fiber 5.
  • a lens 50 for focusing the radiation emerging from the exit surface 23 is arranged between the optical fiber 5 and the exit surface 23.
  • the secondary radiation can be guided via the optical fiber 5 to a location at a distance from the exit surface 23.
  • FIGS. 11 and 12 show two exemplary embodiments of a waveguide 2 as can be used in a device described here.
  • the cores 20 here are not in the form of platelets, but instead are designed as fibers with a round cross-section.
  • the cores 20 are each completely surrounded by the jacket 21 all around.
  • the waveguide 2 comprises a plurality of cores which are surrounded by a coherent and one-piece jacket 21.
  • the waveguide 2 comprises only a single core 20.
  • optics 20 core 21 cladding 22 entrance surface 23 exit surface 24, 25 coating 26 carrier / growth substrate

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Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst die strahlungsemittierende Vorrichtung (100) einen Laserbarren (1) zur Emission von Laserstrahlung, einen Wellenleiter (2) mit einem Kern (20), einem Mantel (21), einer Eintrittsfläche (22) und einer Austrittsfläche (23). Ferner umfasst die Vorrichtung eine Wärmesenke (3) mit einer Montageseite (30). Der Wellenleiter ist auf der Montageseite der Wärmesenke aufgebracht, wobei der Mantel in Bezug auf die Montageseite zumindest ober- und unterhalb des Kerns angeordnet ist. Die Vorrichtung ist so eingerichtet, dass die Laserstrahlung im Betrieb auf die Eintrittsfläche des Wellenleiters trifft und von da aus in den Kern gelangt. Der Kern umfasst ein Konversionselement (4), das im Betrieb die Laserstrahlung in eine Sekundärstrahlung konvertiert. Der Wellenleiter ist dazu eingerichtet, durch Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem Mantel und dem Kern die Laserstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung innerhalb des Kerns bis zur Austrittsfläche zu führen.

Description

Beschreibung
STRAHLUNGSEMITTIERENDE VORRICHTUNG
Es wird eine strahlungsemittierende Vorrichtung angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine strahlungsemittierende Vorrichtung mit einer hohen Leuchtdichte anzugeben.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die strahlungsemittierende Vorrichtung einen Laserbarren zur Emission von Laserstrahlung. Der Laserbarren umfasst eine Vielzahl von Einzelemittern beziehungsweise Laserdioden. Die Einzelemitter emittieren im bestimmungsgemäßen Betrieb des Laserbarrens jeweils Laserstrahlung. Die Einzelemitter werden bevorzugt parallel beziehungsweise gleichzeitig betrieben.
Der Laserbarren umfasst einen Halbleiterkörper mit einer aktiven Schicht. Jeder der Einzelemitter umfasst einen eineindeutig zugeordneten Bereich des Halbleiterkörpers und einen eineindeutig zugeordneten Abschnitt der aktiven Schicht. Der Halbleiterkörper ist bevorzugt zusammenhängend ausgebildet. Das heißt, die Einzelemitter sind alle demselben Halbleiterkörper zugeordnet. Die aktive Schicht des Halbleiterkörpers kann zusammenhängend sein oder segmentiert sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem Laserbarren um einen kantenemittierenden Laserbarren. Der Laserbarren ist insbesondere ein Halbleiterchip.
Der Halbleiterkörper des Laserbarrens basiert zum Beispiel auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Insbesondere umfasst der Halbleiterkörper eine Schichtenfolge aus Schichten eines solchen Halbleitermaterials, die zum Beispiel epitaktisch übereinander gewachsen sind. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn]__n-mGamN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn]__n-mGamP, oder um ein Arsenid-
Verbindungshalbleitermaterial , wie AlnIn]__n-mGamAs oder AlnIn]__n-mGamAsP, wobei jeweils 0 < n < 1, 0 < m < 1 und m + n < 1 ist. Dabei kann der Halbleiterkörper Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters des Halbleiterkörpers, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt basiert der Halbleiterkörper auf AlInGaN.
Die aktive Schicht des Halbleiterkörpers beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine QuantentopfStruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs, kurz SQW, oder in Form einer Multi- QuantentopfStruktur, kurz MQW.
Die aktive Schicht kann im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV-Bereich oder im IR-Bereich erzeugen. Bevorzugt erzeugt die aktive Schicht beziehungsweise der Laserbarren im Betrieb Strahlung im Spektralbereich zwischen einschließlich 370 nm und 550 nm, besonders bevorzugt im Spektralbereich zwischen einschließlich 370 nm und 470 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die strahlungsemittierende Vorrichtung einen optischen Wellenleiter mit einem Kern, einem Mantel, einer Eintrittsfläche und einer Austrittsfläche. Der Wellenleiter ist dazu eingerichtet, Strahlung, die über die Eintrittsfläche in den Wellenleiter eintritt, innerhalb des Kerns zur Austrittsfläche zu leiten. Der Kern ist zumindest an zwei gegenüberliegenden Seiten von dem Mantel umgeben. Der Mantel besteht bevorzugt aus einem anderen Material als der Kern. Der Mantel ist insbesondere direkt auf den Kern aufgebracht. Der Mantel kann eine Schicht oder eine Schichtenfolge aufweisen. Der Kern besteht bevorzugt aus einem festen oder flüssigen Material.
Die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche sind bevorzugt ebene Flächen und/oder senkrecht zu einer
Haupterstreckungsrichtung des Kerns verlaufende Flächen. Die Eintrittsfläche und/oder die Austrittsfläche können durch den Kern oder eine Beschichtung auf dem Kern gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die strahlungsemittierende Vorrichtung eine Wärmesenke mit einer Montageseite. Die Wärmesenke kann Metall oder Keramik oder eine Metall-Keramik-Schichtstruktur umfassen oder daraus bestehen. Beispielsweise umfasst oder besteht die Wärmesenke aus: SiC, A1N, Cu, CuW. Zum Beispiel umfasst die Wärmesenke eine DCB-Struktur (Direkt Copper Bond), zum Beispiel aus einer A1N- oder SiC-Schicht zwischen zwei Kupferschichten. Die Montageseite ist eine Seite der Wärmesenke, auf der Bauelemente, wie der Wellenleiter und/oder der Laserbarren, montiert, zum Beispiel aufgeklebt oder aufgelötet sind. Die Montageseite ist zum Beispiel eben. Die Montageseite ist bevorzugt aus einem der oben genannten Materialien gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Wellenleiter auf der Montageseite der Wärmesenke aufgebracht. Insbesondere ist der Wellenleiter auf der Montageseite der Wärmesenke befestigt, zum Beispiel aufgelötet oder aufgeklebt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Mantel in Bezug auf die Montageseite zumindest ober- und unterhalb des Kerns angeordnet. In anderen Worten ist der Mantel zumindest zwischen der Montageseite und dem Kern und auf einer der Montageseite abgewandten Seite des Kerns angeordnet. Der Mantel ist ein von der Wärmesenke verschiedenes Element und besteht bevorzugt aus einem anderen Material als die Wärmesenke. Bevorzugt überdeckt der Mantel die der Wärmesenke abgewandte Seite und die der Wärmesenke zugewandte Seite des Kerns jeweils zu zumindest 75 % oder zu zumindest 80 % oder vollständig. Der Mantel des Wellenleiters kann direkt auf der Montageseite aufliegen oder über ein Verbindungsmittel, wie Kleber oder Lötmaterial, darauf befestigt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Vorrichtung so eingerichtet, dass im Betrieb die Laserstrahlung des Laserbarrens auf die Eintrittsfläche des Wellenleiters trifft und von da aus in den Kern gelangt. Beispielsweise schließt die Hauptstrahlrichtung der Laserstrahlung beim Auftreffen auf die Eintrittsfläche mit einer Normalen der Eintrittsfläche einen Winkel von höchstens 45° oder höchstens 30° oder höchstens 10° ein. Bevorzugt umfasst der Wellenleiter nur einen einzigen Kern, in den im Betrieb die Laserstrahlung von allen emittierenden Einzelemittern des Laserbarrens eingekoppelt wird. Alternativ ist es auch denkbar, dass der Wellenleiter mehrere voneinander separierte Kerne aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Kern ein Konversionselement, das im Betrieb die Laserstrahlung in eine Sekundärstrahlung konvertiert. Der Kern kann aus dem Konversionselement bestehen oder nur abschnittsweise aus dem Konversionselement gebildet sein. Das Konversionselement umfasst beispielsweise ein Konversionsmaterial, auch Leuchtstoff genannt, das die Laserstrahlung in Sekundärstrahlung konvertiert. Die Sekundärstrahlung weist dabei insbesondere eine größere Wellenlänge auf als die Laserstrahlung. Der Wellenleiter kann so eingerichtet sein, dass die von dem Laserbarren kommende Strahlung im Wellenleiter durch das Konversionselement teilweise oder vollständig konvertiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Wellenleiter dazu eingerichtet, durch Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem Mantel und dem Kern die Laserstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung innerhalb des Kerns bis zur Austrittsfläche zu führen. Die Strahlung wird innerhalb des Kerns bevorzugt überwiegend entlang der Montageseite geführt. Insbesondere wird die Laserstrahlung entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Kerns geführt. Anschließend tritt zumindest die Sekundärstrahlung aus der Austrittsfläche aus. Insbesondere tritt zumindest 90 % der oder die gesamte aus dem Wellenleiter austretende Sekundärstrahlung im Bereich der Austrittsfläche aus dem Wellenleiter aus. Bevorzugt wird die Laserstrahlung beim Durchqueren des Wellenleiters mehrfach an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel reflektiert .
Beispielsweise werden die Laserstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung durch Totalreflexion in dem Kern eingeschlossen. Der Mantel weist dann für die Laserstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung bevorzugt einen kleineren Brechungsindex auf als der Kern. Alternativ kann der Mantel aus einem für die Laserstrahlung und/oder Sekundärstrahlung reflektierenden Material gebildet sein. Beispielsweise beträgt dann der Reflexionsgrad des Mantels für die Laserstrahlung und/oder Sekundärstrahlung zumindest 90 % oder zumindest 95 %.
Bevorzugt handelt es sich bei der aus der Austrittsfläche austretenden Strahlung um Licht im sichtbaren Spektralbereich, bevorzugt um weißes Licht. Die aus der Austrittsfläche austretende Strahlung ist bevorzugt größtenteils, beispielsweise zu zumindest 75 % oder zumindest 95 % oder vollständig, durch die Sekundärstrahlung gebildet. Der Anteil des für das menschliche Auge schädlichen Laserlichts wird bevorzugt gering gehalten.
Die lichtemittierende Vorrichtung eignet sich beispielsweise zur Anwendung in Projektoren oder Scheinwerfern, insbesondere Frontscheinwerfern von Fahrzeugen.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst die strahlungsemittierende Vorrichtung einen Laserbarren zur Emission von Laserstrahlung, einen Wellenleiter mit einem Kern, einem Mantel, einer Eintrittsfläche und einer Austrittsfläche. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Wärmesenke mit einer Montageseite. Der Wellenleiter ist auf der Montageseite der Wärmesenke aufgebracht, wobei der Mantel in Bezug auf die Montageseite zumindest ober- und unterhalb des Kerns angeordnet ist. Die Vorrichtung ist so eingerichtet, dass die Laserstrahlung im Betrieb auf die Eintrittsfläche des Wellenleiters trifft und von da aus in den Kern gelangt. Der Kern umfasst ein Konversionselement, das im Betrieb die Laserstrahlung in eine Sekundärstrahlung konvertiert. Der Wellenleiter ist dazu eingerichtet, durch Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem Mantel und dem Kern die Laserstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung innerhalb des Kerns bis zur Austrittsfläche zu führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zu Grunde, dass heutzutage für Lichtquellen, insbesondere für die Erzeugung von weißem Licht, meist Leuchtdioden (LEDs), eventuell zusammen mit einem Konversionselement, verwendet werden. Häufig werden GaN-LEDs mit einem Emissionsmaximum bei zirka 450 nm verwendet. Bei LEDs treten Verluste auf. Insbesondere bei GaN-LEDs kommt es bei hohen Strömen zu einem Effizienzabfall (Englisch: droop).
Bei der vorliegenden Erfindung wird nun von der Idee Gebrauch gemacht, als primäre Lichtquelle einen Laserbarren zu verwenden. Laserbarren weisen hohe optische
Ausgangsleistungsdichten von beispielsweise mehr als 10000 kW/cm^ auf und zeigen bei hohen Strömen keine
Effizienzverluste. Da bei dem Laserbarren alle Einzelemitter aus demselben Halbleiterkörper gebildet sind, sind diese fest zueinander ausgerichtet und müssen nicht nachträglich zueinander ausgerichtet werden. So kann auf komplizierte Fokussierungssysteme, wie einzelne Linsen oder Prismen, die zu jedem Einzellaser justiert sind, verzichtet werden. Mit dem Laserbarren ist es also möglich, ohne großen Justageaufwand einen Laserspot mit einer sehr hohen Leuchtdichte auf ein Konversionselement zu fokussieren.
Die Implementierung eines Konversionselements in einem Kern des Wellenleiters bietet den Vorteil, dass die Laserstrahlung in dem Kern weitgehend gefangen bleibt und auf diese Weise eine hohe Effizienz für die Konversion in Sekundärstrahlung erreicht wird. Insbesondere kann durch Verteilung des Konversionselements entlang der gesamten Ausdehnung des Kerns die Konversion über die gesamte Ausdehnung verteilt werden. Dies ist im Hinblick auf die Wärmeentwicklung und Quenching im Konversionselement vorteilhaft. Die dennoch bei der Konversion auftretende Wärme kann durch die Verwendung der Wärmesenke effizient abgeführt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine laterale Ausdehnung des Kerns, gemessen parallel zur beziehungsweise entlang der Montageseite, größer als eine vertikale Ausdehnung des Kerns, gemessen senkrecht zur Montageseite. Beispielsweise ist die laterale Ausdehnung des Kerns zumindest dreimal oder zumindest fünfmal oder zumindest zehnmal oder zumindest 20-mal so groß wie die vertikale Ausdehnung. Bevorzugt ist der Wellenleiter entlang der gesamten lateralen Ausdehnung des Kerns auf der Montageseite angeordnet, befestigt und durch die Wärmesenke gestützt. Die vertikale Ausdehnung des Kerns beträgt zum Beispiel zwischen einschließlich 50 gm und 150 gm, zum Beispiel etwa 100 pm.
Das Konversionsmaterial des Konversionselements ist beispielsweise entlang eines Großteils, wie etwa zumindest 75 % oder 90 %, der lateralen Ausdehnung des Kerns homogen in dem Kern verteilt. Auf diese Weise wird die Wärmeentwicklung innerhalb des Kerns vorteilhaft großflächig verteilt und kann so effizient über die Wärmesenke abgeführt werden.
Entlang der vertikalen Ausdehnung kann das Konversionsmaterial homogen oder inhomogen verteilt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Kern plättchenförmig ausgebildet. Das heißt, der Kern umfasst zwei ebene und zueinander parallel oder im Wesentlichen parallel verlaufende Hauptflächen, deren Ausdehnungen jeweils größer sind, beispielsweise zumindest dreimal oder zumindest 5-mal oder zumindest zehnmal oder zumindest 20-mal so groß, als der Abstand zwischen ihnen. Bevorzugt verlaufen die Hauptflächen parallel oder nahezu parallel zur Montageseite. Auch der Wellenleiter selbst kann plättchenförmig sein. Durch die plättchenförmige Ausgestaltung kann eine großflächige Anbindung an die Wärmesenke erfolgen, was im Hinblick auf den Wärmeabtransport vorteilhaft ist.
Der Mantel ist zumindest auf die beiden Hauptflächen des plättchenförmigen Kerns aufgebracht. Ein erster Abschnitt des Mantels bedeckt dann die eine Hauptfläche. Ein zweiter Abschnitt des Mantels bedeckt die andere Hauptfläche. Bei einem plättchenförmigen Kern sind die Grenzflächen zwischen den Hauptflächen des Kerns und den beiden Abschnitten des Mantels jeweils eben. Quer oder senkrecht zu den Hauptflächen verlaufende Querseiten des Kerns können ebenfalls von Abschnitten des Mantels überdeckt sein.
Die Hauptflächen des Kerns können dreieckige, rechteckige, quadratische, runde oder sechseckige Formen aufweisen. Die beiden Hauptflächen des Kerns sind im Rahmen der Herstellungstoleranz bevorzugt gleich groß und gleich geformt . Die Austrittsfläche und/oder die Eintrittsfläche sind bevorzugt an den Querseiten des Kerns ausgebildet. Die Austrittsfläche und/oder die Eintrittsfläche ist bevorzugt keiner als eine Hauptfläche, beispielsweise höchstens halb so groß oder höchstens 1/5 oder höchstens 1/10 oder höchstens 1/20 so groß wie die Hauptfläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich das Konversionselement durchgehend über die gesamte vertikale Ausdehnung des Kerns, wobei die vertikale Ausdehnung senkrecht zur Montageseite gemessen ist. Insbesondere ist das Konversionsmaterial dann entlang der vertikalen Richtung homogen in dem Kern verteilt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein innerer Bereich des Kerns frei von dem Konversionselement. Ein äußerer, dem Mantel zugewandter Bereich des Kerns ist durch das Konversionselement gebildet. Insbesondere ist eine oder sind beide Hauptflächen des Kerns größtenteils oder vollständig durch das Konversionselement gebildet und der innere Bereich zwischen den beiden Hauptflächen ist frei von dem Konversionselement .
In dem inneren Bereich kommt es zu keiner Konversion der Laserstrahlung. Der innere Bereich erstreckt sich beispielsweise zusammenhängend und ohne Unterbrechungen über die gesamte laterale Ausdehnung des Kerns. Die vertikale Ausdehnung des inneren Bereichs, gemessen senkrecht zur Montageseite, beträgt beispielsweise zumindest 50 % oder zumindest 75 % der vertikalen Ausdehnung des gesamten Kerns. Der den inneren Bereich bildende Teil des Kerns ist beispielsweise durch einen Träger gebildet, zum Beispiel aus Saphir, GaN, A1N oder SiC. Durch die Ausgestaltung des Kerns mit einem inneren Bereich und einem äußeren Bereich kommt es nur im Bereich des Mantels zur Konversion der Laserstrahlung. Dies kann im Hinblick auf die Wärmeentwicklung und den Wärmeabtransport vorteilhaft sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verlaufen die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche quer oder senkrecht zur Montageseite der Wärmesenke. Alternativ kann auch nur die Eintrittsfläche oder nur die Austrittsfläche senkrecht zur Montageseite verlaufen. Weiterhin ist es möglich, dass die Eintrittsfläche und/oder die Austrittsfläche parallel zur Montageseite verlaufen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Austrittsfläche quer oder senkrecht zur Eintrittsfläche angeordnet. Die Normalenvektoren der Eintrittsfläche und der Austrittsfläche verlaufen bevorzugt parallel oder nahezu parallel zur Montageseite und quer oder senkrecht zueinander.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Mantel eine Metallschicht und/oder eine dielektrische Schicht und/oder eine Halbleiterschicht. Beispielsweise umfasst der Mantel eine Schicht aus Ag oder Al. Ferner ist möglich, dass der Mantel mehrere dielektrische Schichten mit abwechselnd höherem und niedrigerem Brechungsindex umfasst. Insbesondere bildet der Mantel dann einen Braggspiegel für die Laserstrahlung und/oder Sekundärstrahlung.
Ferner ist denkbar, dass der Bereich des Mantels zwischen dem Kern und der Wärmesenke eine Metallschicht umfasst oder daraus besteht und der Bereich des Mantels auf der der Wärmesenke abgewandten Seite des Kerns eine oder mehrere dielektrische Schichten umfasst oder daraus besteht. Über den Bereich des Mantels zwischen Kern und Wärmesenke kann dann besonders effizient Wärme zur Wärmesenke abtransportiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert der Laserbarren beziehungsweise der Halbleiterkörper des Laserbarrens auf AlnIn]__n-mGamN, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und m + n < 1.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement ein Konversionsmaterial und ein Matrixmaterial. Das Konversionsmaterial ist in dem Matrixmaterial eingebettet. Beispielsweise ist das Matrixmaterial A1N oder Glas. Das Matrixmaterial kann kristallin, amorph und/oder polykristallin sein. Das Konversionsmaterial kann beispielsweise ein mit seltenen Erden dotiertes Granat oder Oxynitrid oder Aluminat oder Aluminiumoxynitrid oder Orthosilikat oder Thiogallat oder Erdalkalisulfid oder Erdalkalisiliziumnitrid oder eine Kombination daraus sein.
Statt einer Einbettung von Konversionsmaterial in Matrixmaterial kann das Konversionselement auch aus einem gepressten Pulver aus dem Konversionsmaterial bestehen oder aus dem gesinterten Konversionsmaterial bestehen.
Insbesondere ist das Konversionselement dann eine Keramik aus dem Konversionsmaterial.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement eine epitaktisch gewachsene Halbleiterstruktur, beispielsweise auf Basis von In, Ga, Al, As, P, N und/oder Kombinationen daraus. Beispielsweise umfasst die Halbleiterstruktur ein oder mehrere Quantentöpfe (Englisch: quantum wells) und/oder Quantenpunkte (Englisch: quantum dots). Die Halbleiterstruktur des Konversionselements kann auf einem II-VI- oder III-V-Halbleitermaterial basieren. In der Halbleiterstruktur wird die Laserstrahlung absorbiert, wodurch Elektron-Loch-Paare entstehen, die anschließend wieder rekombinieren. Bei dieser Rekombination entsteht die Sekundärstrahlung. Da Laserstrahlung verwendet wird, können Halbleiterstrukturen ohne Dotierung verwendet werden, was den Verlust durch nichtstrahlende Rekombination reduziert.
Die Halbleiterstruktur des Konversionselements kann auf einem Aufwachsubstrat gewachsen sein, wobei das Aufwachsubstrat Teil des Kerns des Wellenleiters bildet. Bei dem Aufwachsubstrat handelt es sich beispielsweise um A1N, GaN oder SiC. Das Aufwachsubstrat kann den oben genannten Träger des inneren Bereichs des Kerns bilden.
Der Wellenleiter und das Konversionselement sind bevorzugt so eingerichtet, dass UV-Laserstrahlung vollkonvertiert wird. Beispielsweise umfasst das Konversionselement dann blaue, grüne und rote Konversionsmaterialien. Blaue Laserstrahlung wird bevorzugt nur teilweise konvertiert. Zum Beispiel umfasst das Konversionselement dafür grüne und rote Konversionsmaterialien sowie Streuelemente, um die Kohärenz der verbleibenden blauen Laserstrahlung zu zerstören.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Eintrittsfläche durch eine Beschichtung gebildet, die durchlässig für die Laserstrahlung und reflektierend für die Sekundärstrahlung ist. Dadurch wird verhindert, dass Sekundärstrahlung den Wellenleiter über die Eintrittsfläche verlässt. Die Austrittsfläche kann durch eine Beschichtung gebildet sein, die durchlässig für die Sekundärstrahlung aber undurchlässig für die Laserstrahlung ist. Dadurch wird verhindert, dass schädliche Laserstrahlung den Wellenleiter über die Austrittsfläche verlässt. Die Beschichtungen können durch Schichtsysteme mit mehreren dielektrischen Schichten gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Laserbarren auf derselben Wärmesenke wie der Wellenleiter angeordnet. Dadurch ist die Vorrichtung kompakt ausgebildet. Alternativ ist aber auch denkbar, dass der Laserbarren auf einer anderen Wärmesenke als der Wellenleiter angeordnet ist. Die Wärmesenke des Wellenleiters und des Laserbarrens sind dann beispielsweise nicht unmittelbar miteinander verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Vorrichtung mehrere Laserbarren auf. Alle bisher und im Folgenden in Bezug auf einen Laserbarren offenbarten Merkmale sind auch für jeden weiteren Laserbarren der Vorrichtung offenbart.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Wellenleiter mehrere Eintrittsflächen. Alle bisher und im Folgenden im Zusammenhang mit einer Eintrittsfläche offenbarten Merkmale sind auch für jede weitere Eintrittsfläche offenbart.
Jedem Laserbarren ist insbesondere eine Eintrittsfläche eindeutig, bevorzugt eineindeutig, zugeordnet, dergestalt, dass im Betrieb die Laserstrahlung des Laserbarrens auf die zugeordnete Eintrittsfläche des Wellenleiters trifft und von da aus in den Kern des Wellenleiters gelangt. Die Verwendung mehrerer Laserbarren erlaubt eine Skalierung der Ausgangsleistung . Gemäß zumindest einer Ausführungsform erzeugt und emittiert ein erster Laserbarren im Betrieb Laserstrahlung eines ersten Wellenlängenbereichs und ein zweiter Laserbarren Laserstrahlung eines von dem ersten Wellenlängenbereich verschiedenen zweiten Wellenlängenbereichs. Beispielsweise erzeugt und emittiert der erste Laserbarren Laserstrahlung im UV-Bereich, insbesondere im Bereich zwischen einschließlich 375 nm und 425 nm, und der zweite Laserbarren Laserstrahlung im blauen Spektralbereich, insbesondere im Bereich zwischen einschließlich 430 nm und 470 nm. Beispielsweise sind mehrere erste und zweite Laserbarren alternierend um den Wellenleiter angeordnet. Durch die Verwendung mehrerer unterschiedlicher Laserbarren und entsprechender Konversionsmaterialien in dem Konversionselement kann eine Weißlichtquelle mit hoher Leuchtdichte und hohem Farbwiedergabeindex realisiert werden. Bevorzugt werden bei der Verwendung von UV-Laserstrahlung und blauer Laserstrahlung sowohl Eu-dotierte als auch Ce-dotierte Konversionsmaterialien verwendet, um thermisches Quenchen zu vermeiden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Eintrittsflächen jeweils durch eine Beschichtung gebildet.
Die Beschichtung der dem ersten Laserbarren zugeordneten Eintrittsflächen ist durchlässig für die Laserstrahlung des ersten Wellenlängenbereichs und reflektierend für die Laserstrahlung des zweiten Wellenlängenbereichs. Die Beschichtung der dem zweiten Laserbarren zugeordneten Eintrittsfläche ist durchlässig für die Laserstrahlung des zweiten Wellenlängenbereichs und reflektierend für die Laserstrahlung des ersten Wellenlängenbereichs. Bevorzugt sind die Beschichtungen zusätzlich jeweils reflektierend für die Sekundärstrahlung, die durch Konversion der Laserstrahlungen entsteht. „Reflektierend" bedeutet hier, dass der Reflexionsgrad für die betreffende Strahlung zumindest 90 % oder zumindest 95 % beträgt. „Durchlässig" bedeutet vorliegend, dass der Transmissionsgrad für die betreffende Strahlung zumindest 80 % oder zumindest 90 % beträgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen die dem ersten und zweiten Laserbarren zugeordneten Eintrittsflächen in einer lateralen Richtung, parallel zur Montageseite, einander gegenüber. Der Wellenleiter ist in lateraler Richtung zwischen diesen beiden Eintrittsflächen angeordnet. Die beiden Eintrittsflächen können parallel zueinander verlaufen. Die Austrittsfläche verläuft dann bevorzugt quer zu den beiden Eintrittsflächen. Durch die Verwendung der wellenlängenselektiven Beschichtungen an den Eintrittsflächen wird verhindert, dass die von dem ersten Laserbarren kommende Laserstrahlung über die Eintrittsfläche des zweiten Laserbarrens ausgekoppelt wird und umgekehrt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der strahlungsemittierenden Vorrichtung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die
Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Es zeigen:
Figuren 1 bis 5 Ausführungsbeispiele der strahlungsemittierenden Vorrichtung in Querschnittsansicht,
Figuren 6 bis 10 Ausführungsbeispiele der strahlungsemittierenden Vorrichtung in Draufsicht,
Figuren 11 und 12 Ausführungsbeispiele des Wellenleiters in perspektivischer Ansicht.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100 in Querschnittsansicht. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Wärmesenke 3, beispielsweise aus SiC, A1N, Cu oder CuW. Auf einer Montageseite 30 der Wärmesenke 3 ist ein Wellenleiter 2 angeordnet. Der Wellenleiter 2 umfasst einen Kern 20 und einen Mantel 21. Der Mantel 21 bedeckt den Kern 20 an einer der Wärmesenke 3 zugewandten Seite und an einer dem Kern 20 abgewandten Seite. Der Kern 20 hat hier beispielsweise die Form eines Plättchens mit zwei einander gegenüberliegenden und parallel zueinander und parallel zur Montageseite 30 verlaufenden Hauptflächen, an die der Mantel 21 angrenzt.
Auf der Wärmesenke 3 ist außerdem ein Laserbarren 1 angeordnet, der eine Mehrzahl von Einzelemittern umfasst (nicht dargestellt), wobei einige oder alle dieser Einzelemitter im Betrieb des Laserbarrens 1 Laserstrahlung emittieren. Vorliegend basiert der Laserbarren 1 beispielsweise auf AlInGaN und emittiert im Betrieb Laserstrahlung im blauen Spektralbereich oder im UV-Bereich. Dem Laserbarren 1 ist eine Optik 10, beispielsweise in Form einer Linse oder eines Linsensystems, nachgeordnet. Die Optik 10 fokussiert die Laserstrahlung des Laserbarrens 1 auf eine Eintrittsfläche 22 des Wellenleiters 2. Die Eintrittsfläche 22 verläuft hier senkrecht zur Montageseite 30 der Wärmesenke 3. Die Eintrittsfläche 22 ist vorliegend durch eine Beschichtung 24 gebildet, die durchlässig für die Laserstrahlung des Laserbarrens 1 ist.
Im Betrieb der Vorrichtung 100 trifft die Laserstrahlung auf die Eintrittsfläche 22 und hat dabei eine
Hauptstrahlrichtung, die parallel oder nahezu parallel zur Montageseite 30 verläuft. Über die Eintrittsfläche 22 wird die Laserstrahlung dann in den Kern 20 des Wellenleiters 2 eingekoppelt. Der Kern 20 des Wellenleiters 2 ist vorliegend vollständig durch ein Konversionselement 4 gebildet. Das Konversionselement 4 umfasst beispielsweise ein Matrixmaterial, zum Beispiel in Form von Glas oder A1N, mit darin eingebetteten Partikeln eines Konversionsmaterials. Bei dem Konversionsmaterial handelt es sich beispielsweise um Ce:YAG. Alternativ kann es sich bei dem Konversionselement 4 auch um gesintertes Konversionsmaterial oder gepresstes Konversionsmaterial handelt.
Das Konversionsmaterial 4 ist dazu eingerichtet, die Laserstrahlung in eine Sekundärstrahlung zu konvertieren. Der Wellenleiter 2 ist so eingerichtet, dass die Laserstrahlung und bevorzugt auch die Sekundärstrahlung durch Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem Kern 20 und dem Mantel 21 innerhalb des Kerns 20 in Richtung einer Austrittsfläche 23 des Wellenleiters 2 geführt wird. Vorliegend liegt die Austrittsfläche 23 der Eintrittsflächen 22 in lateraler Richtung, parallel zur Montageseite 30, gegenüber und verläuft ebenfalls quer zur Montageseite 30. Bevorzugt wird bei der Führung der Laserstrahlung durch den Kern 20 die gesamte Laserstrahlung in Sekundärstrahlung konvertiert. Die Sekundärstrahlung tritt dann über die Austrittsfläche 23 aus dem Wellenleiter aus. Bei der austretenden Sekundärstrahlung handelt es sich besonders bevorzugt um weißes Licht.
Um eine Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem Mantel 21 und dem Kern 20 zu erreichen, kann der Mantel 21 ein für die Laserstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung reflektierendes Material, beispielsweise ein Metall oder mehrere dielektrische Schichten, aufweisen, die einen Bragg-Spiegel bilden. Alternativ ist auch denkbar, dass das Material des Mantels 21 für die Laserstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung transparent ist, aber ein Brechungsindex des Mantels 21 kleiner als der des Kerns 20 ist, so dass es an der Grenzfläche zur Totalreflexion kommt. Der Mantel 21 ist insbesondere aus einem anderen Material gebildet als die Wärmesenke 3. Beispielsweise ist vorliegend der Mantel 21 im Bereich zwischen der Wärmesenke 3 und dem Kern 20 aus einem Metall, wie Ag oder Al, gebildet. Auf der der Wärmesenke 3 abgewandten Seite des Kerns 20 kann der Mantel 21 aus einer oder mehreren dielektrischen Schichten gebildet sein.
Die Beschichtung 24 des Wellenleiters 2, die die Eintrittsfläche 22 bildet, ist bevorzugt reflektierend für die Sekundärstrahlung, so dass Sekundärstrahlung nicht über die Eintrittsfläche 22 aus dem Wellenleiter 2 austritt.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist hier die Eintrittsfläche 22 des Wellenleiters 2 nicht durch eine Beschichtung, sondern durch den Kern 20 selbst gebildet. Außerdem trifft die Laserstrahlung nicht parallel zur Montageseite 30 auf die Eintrittsfläche 22, sondern wird gezielt verkippt zur Montageseite 30 in den Wellenleiter 22 eingekoppelt, so dass die Weglänge innerhalb des Kerns 20 erhöht wird und dadurch ein noch größerer Anteil der Laserstrahlung in Sekundärstrahlung umgewandelt wird.
In der Figur 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100 gezeigt. Anders als in den beiden vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist hier der Kern 20 des Wellenleiters 2 nicht vollständig durch das Konversionselement 4 gebildet. Vielmehr umfasst der Kern 20 einen inneren Bereich, der frei von dem Konversionselement 4 ist. Ein äußerer, dem Mantel 21 zugewandter und an den Mantel 21 grenzender Bereich des Kerns 20 ist durch das Konversionselement 4 gebildet. Der innere Bereich des Kerns 20 kann mit Luft gefüllt sein oder kann durch einen Träger 26 gebildet sein, beispielsweise aus Saphir, A1N, GaN oder SiC. Das Konversionselement 4 umfasst beispielsweise Halbleiterstrukturen mit Quantentöpfen oder Quantenpunkten.
In der Figur 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100 gezeigt. Das Ausführungsbeispiel ähnelt dem der Figur 3. Allerdings ragt hier der Träger 26 in lateraler Richtung, parallel zur Montageseite 30, aus dem Mantel 21 heraus. Die Eintrittsfläche 22 und die Austrittsfläche 25 verlaufen parallel oder im Wesentlichen parallel zur Montageseite 30.
In diesen Bereichen ist der Träger 26 nicht von dem Mantel 21 überdeckt. Die Laserstrahlung des Laserbarrens 1 trifft wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen senkrecht oder nahezu senkrecht auf die Eintrittsfläche 22. Der Träger 26 umfasst Umlenkstrukturen, die die Laserstrahlung in Richtung parallel zur Montageseite 30 umlenken. In dem von dem Mantel 21 umgebenden Bereich des Kerns 20 wird die Laserstrahlung dann mittels des Konversionselements 4 in Sekundärstrahlung umgewandelt. Die Sekundärstrahlung wird daraufhin in einem lateral von dem Mantel 21 hervorstehenden Bereich des Trägers 26 wieder über Umlenkstrukturen in Richtung weg von der Montageseite 30 gelenkt und tritt über die Austrittsfläche 23 aus dem Wellenleiter 2 aus.
In der Figur 4 ist die Austrittsfläche 23 des Wellenleiters 2 durch eine Beschichtung 25 gebildet, die reflektierend für die Laserstrahlung und durchlässig für die Sekundärstrahlung ist.
Figur 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100. Hier umfasst der Kern 20 des Wellenleiters ein Aufwachsubstrat 26, zum Beispiel aus Saphir oder SiC, mit einer darauf epitaktisch gewachsenen Halbleiterstruktur, die mehrere Quantentöpfe aufweist. Die Halbleiterstruktur mit den Quantentöpfen bildet das Konversionselement 4.
Figur 6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung, nun in einer Draufsicht auf die Montageseite 30 der Wärmesenke 3. Hier ist zu erkennen, dass der Wellenleiter 2 ein plättchenförmiges Element ist. Es ist außerdem zu erkennen, dass auch die quer zur Montageseite 30 verlaufenden Querseiten des Kerns 20 mit dem Mantel 21 überzogen sind. An den Querseiten des Kerns 20 ist der Mantel 21 zumindest teilweise durch Beschichtungen 24 gebildet, die durchlässig für bestimmte Laserstrahlungen, aber undurchlässig für die Sekundärstrahlung sind. In der Figur 6 ist ferner gezeigt, dass die Vorrichtung 100 mehrere Laserbarren 1, la umfasst. Erste Laserbarren 1 emittieren dabei Laserstrahlung eines ersten Wellenlängenbereichs, vorliegend beispielhaft UV-Strahlung, und zweite Laserbarren la emittierte Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich, vorliegend beispielhaft im blauen Spektralbereich. Jedem der Laserbarren 1, la ist eine Eintrittsfläche 22 des Wellenleiters 2 eineindeutig zugeordnet. Die Eintrittsflächen 22 sind dabei jeweils durch die oben genannte Beschichtung 24 gebildet.
Die den ersten Laserbarren 1 zugeordneten Beschichtungen 24 sind durchlässig für die Laserstrahlung des ersten Wellenlängenbereichs und reflektierend für die Laserstrahlung des zweiten Wellenlängenbereichs. Die den zweiten Laserbarren la zugeordneten Beschichtungen 24 sind durchlässig für die Laserstrahlung des zweiten Wellenlängenbereichs und undurchlässig für die Laserstrahlung des ersten Wellenlängenbereichs. Auf diese Weise wird der Anteil der Laserstrahlung, der unkonvertiert aus dem Wellenleiter austritt, reduziert.
In der Figur 6 ist auch zu sehen, dass in einer lateralen Richtung, parallel zur Montageseite 30, ein erster Laserbarren 1 einem zweiten Laserbarren la gegenüber angeordnet ist, so dass der erste Laserbarren 1 Laserstrahlung in Richtung des zweiten Laserbarrens la emittiert und der zweite Laserbarren la Laserstrahlung in Richtung des ersten Laserbarrens 1 emittiert. Der Wellenleiter 2 ist zwischen diesen einander gegenüberliegenden Laserbarren 1, la angeordnet. Die Austrittsfläche 23, über die die Sekundärstrahlung aus dem Wellenleiter 2 austritt, verläuft hier senkrecht zu einigen der Eintrittsflächen 22. Das Konversionselement 4 umfasst in dem Ausführungsbeispiel beispielsweise Eu-dotierte und Ce- dotierte Konversionsmaterialien.
In der Figur 7 ist ein siebtes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100 gezeigt. Hier umfasst der Wellenleiter 2 einen Abschnitt, in dem sich die laterale Ausdehnung des Wellenleiters und des Kerns kontinuierlich bis hin zur Austrittsfläche 23 verringert, wodurch es zu einer Fokussierung der Sekundärstrahlung kommt.
In Figur 8 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem wieder mehrere Laserbarren verwendet sind, diesmal aber nur zweite Laserbarren la zum Einsatz kommen, die zum Beispiel jeweils Laserstrahlung im blauen Spektralbereich emittieren. Der Wellenleiter 2 umfasst Strukturen, die die Laserstrahlung innerhalb des Kerns 20 in Richtung der Austrittsfläche 23 lenken. Die Austrittsfläche 23 ist hier mit einer Beschichtung 25 gebildet, die die blaue Laserstrahlung reflektiert und die Sekundärstrahlung durchlässt.
Figur 9 zeigt ein neuntes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100. Hier weist der Wellenleiter 2 in Draufsicht betrachtet die geometrische Form eines Sechsecks auf. In den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen haben der Wellenleiter 2 und der Kern 20 in Draufsicht die geometrische Form eines Rechtecks.
In dem zehnten Ausführungsbeispiel der Figur 10 ist der Wellenleiter 2 ähnlich wie in der Figur 7 ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel werden beispielhaft nur erste Laserbarren 1 verwendet, die UV-Strahlung emittieren. Der Austrittsfläche 23 des Wellenleiters 2 ist eine optische Faser 5 nachgeordnet. Zwischen der optischen Faser 5 und der Austrittsfläche 23 ist eine Linse 50 zur Fokussierung der aus der Austrittsfläche 23 austretenden Strahlung angeordnet.
Über die optische Faser 5 kann die Sekundärstrahlung zu einem von der Austrittsfläche 23 beabstandeten Ort geführt werden.
In den Figuren 11 und 12 sind zwei Ausführungsbeispiele eines Wellenleiters 2 gezeigt, wie er in einer hier beschriebenen Vorrichtung verwendet werden kann. Anders als die Wellenleiter 2 der bisherigen Ausführungsbeispiele sind hier die Kerne 20 nicht plättchenförmig, sondern als Fasern mit rundem Querschnitt ausgebildet. Die Kerne 20 sind ringsum jeweils vollständig von dem Mantel 21 umgeben. In der Figur 11 umfasst der Wellenleiter 2 mehrere Kerne, die von einem zusammenhängenden und einstückig ausgebildeten Mantel 21 umgeben sind. In der Figur 12 umfasst der Wellenleiter 2 nur einen einzigen Kern 20.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102020104377.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugszeichenliste
1 Laserbarren / erster Laserbarren la zweiter Laserbarren 2 Wellenleiter
3 Wärmesenke
4 Konversionselement
5 optische Faser
10 Optik 20 Kern 21 Mantel 22 Eintrittsfläche 23 Austrittsfläche 24, 25 Beschichtung 26 Träger/ Aufwachssubstrat
30 Montageseite 50 Linse
100 strahlungsemittierende Vorrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierende Vorrichtung (100) umfassend
- einen Laserbarren (1, la) zur Emission von Laserstrahlung,
- einen Wellenleiter (2) mit einem Kern (20), einem Mantel (21), einer Eintrittsfläche (22) und einer Austrittsfläche (23),
- eine Wärmesenke (3) mit einer Montageseite (30), wobei
- der Wellenleiter (2) auf der Montageseite (30) der Wärmesenke (3) aufgebracht ist,
- der Mantel (21) in Bezug auf die Montageseite (30) zumindest ober- und unterhalb des Kerns (20) angeordnet ist,
- die Vorrichtung (100) so eingerichtet ist, dass im Betrieb die Laserstrahlung auf die Eintrittsfläche (22) des Wellenleiters (2) trifft und von da aus in den Kern (20) gelangt,
- der Kern (20) ein Konversionselement (4) umfasst, das die Laserstrahlung in eine Sekundärstrahlung konvertiert,
- der Wellenleiter (2) dazu eingerichtet ist, durch Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem Mantel (21) und dem Kern (20) die Laserstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung innerhalb des Kerns (20) bis zur Austrittsfläche (23) zu führen.
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei eine laterale Ausdehnung des Kerns (20), gemessen parallel zur Montageseite (30), größer ist als eine vertikale Ausdehnung des Kerns (20), gemessen senkrecht zur Montageseite (30).
3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kern (30) plättchenförmig ist.
4. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das Konversionselement (4) durchgehend über die gesamte vertikale Ausdehnung des Kerns (20), gemessen senkrecht zur Montageseite (30), erstreckt.
5. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
- ein innerer Bereich des Kerns (20) frei von dem Konversionselement (4) ist,
- ein äußerer, dem Mantel (21) zugewandter Bereich des Kerns (20) durch das Konversionselement (4) gebildet ist.
6. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eintrittsfläche (22) und die Austrittsfläche (23) quer zur Montageseite (30) der Wärmesenke (3) verlaufen.
7. Vorrichtung (100) nach Anspruch 6, wobei die Austrittsfläche (23) quer zur Eintrittsfläche (22) angeordnet ist.
8. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mantel (21) eine Metallschicht und/oder eine dielektrische Schicht und/oder eine Halbleiterschicht umfasst .
9. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Laserbarren (1, la) auf AlnIn]__n-mGamN basiert, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und m + n < 1.
10. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- das Konversionselement (4) ein Konversionsmaterial und ein Matrixmaterial aus Glas oder A1N umfasst, in das das Konversionsmaterial eingebettet ist, oder - das Konversionselement (4) aus gepresstem oder gesintertem Konversionsmaterial besteht, oder
- das Konversionselement (4) eine epitaktisch gewachsene Halbleiterstruktur umfasst.
11. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eintrittsfläche (22) durch eine Beschichtung (24) gebildet ist, die durchlässig für die Laserstrahlung und reflektierend für die Sekundärstrahlung ist.
12. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Laserbarren (1, la) auf der Wärmesenke (3) angeordnet ist.
13. Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Laserbarren (1, la) auf derselben Wärmesenke (3) wie der Wellenleiter (2) angeordnet ist.
14. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Vorrichtung (100) mehrere Laserbarren (1, la) aufweist,
- der Wellenleiter (2) mehrere Eintrittsflächen (22) aufweist,
- jedem Laserbarren (1, la) eine Eintrittsfläche (22) eindeutig zugeordnet ist, dergestalt dass im Betrieb die Laserstrahlung des Laserbarrens (1, la) auf die zugeordnete Eintrittsfläche (22) des Wellenleiters (2) trifft und von da aus in den Kern (20) des Wellenleiters (2) gelangt.
15. Vorrichtung (100) nach Anspruch 14, wobei - ein erster Laserbarren (1) Laserstrahlung eines ersten Wellenlängenbereichs erzeugt,
- ein zweiter Laserbarren (la) Laserstrahlung eines von dem ersten Wellenlängenbereich verschiedenen zweiten Wellenlängenbereichs erzeugt.
16. Vorrichtung (100) nach Anspruch 15, wobei
- die Eintrittsflächen (22) jeweils durch eine Beschichtung (24) gebildet sind,
- die Beschichtung (24) der dem ersten Laserbarren (1) zugordneten Eintrittsfläche (22) durchlässig für die Laserstrahlung des ersten Wellenlängenbereichs und reflektierend für Laserstrahlung des zweiten Wellenlängenbereichs ist,
- die Beschichtung (24) der dem zweiten Laserbarren (la) zugordneten Eintrittsfläche (22) durchlässig für die Laserstrahlung des zweiten Wellenlängenbereichs und reflektierend für Laserstrahlung des ersten Wellenlängenbereichs ist.
17. Vorrichtung (100) nach Anspruch 16, wobei die dem ersten (1) und zweiten (la) Laserbarren zugeordneten Eintrittsflächen (22) in eine Richtung parallel zur Montageseite (30) einander gegenüberliegen.
18. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Laserstrahlung nicht parallel zur Montageseite (30) auf die Eintrittsfläche (22) trifft.
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