[发明专利]具有冷却结构的阶梯式二极管激光模块

说明书

激光模块具有包括相对于相邻平台偏移的阶梯式平台的整体底座，每个阶梯式平台容纳激光源，具有至少第一多个阶梯式平台和第二多个阶梯式平台，每个平台在该平台的顶表面下方的预定深度内容纳冷却通道以引导入口处提供的冷却流体的流动，在平台下方延伸的所述冷却通道具有微通道，所述冷却通道利用入口歧管连接到流体入口，所述入口歧管在所述入口处提供冷却流体，并且所述冷却通道连接到出口歧管以在出口处理掉具有废热的冷却流体，在一个实施例中，激光模块产生不小于100瓦的光功率。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年7月8日提交的美国专利申请No.14/794,254的优先权，其内容通过引用并入本文。

背景技术

本发明总体上涉及具有集成冷却系统的多发射器激光模块。

单个半导体激光器或发射器是紧凑的并广泛用于大范围应用中。在某些应用中，要求光输出功率明显大于单发射器的输出。一个解决方案是创建具有多个单发射器的模块，并将各个单发射器的光输出组合成组合的光输出。术语单发射器在本文中使用。单发射器的例子是例如JDS Uniphase公司的L4二极管激光模块。然而，激光辐射源也可以是半导体激光器或多个激光二极管的叠层或阵列或条。激光条的一个例子是Trumpf公司的TruDiode 301。除非特别标识不同，否则作为单个激光二极管的单发射器和激光二极管的堆叠或条或多个激光二极管在本文将被认为是单激光源。

多个单激光源通常可以组装在模块中，使得单个源的各光束在一个轴上光学堆叠，以产生具有比单个激光源高得多的光功率级的单个激光辐射束。有不同已知的方法可将各激光源定位在一个模块中，并将各个输出组合成更强大的组合光输出。

边缘发射激光二极管在本领域中是已知的。为了说明的目的，在图1中提供了这种激光二极管100的图。该二极管包含多层，包括p层和n层以及辐射层101，通常具有长本体和较小面对侧。可以被称为激光二极管的有源层的层101包括装置100的感兴趣的辐射部分。有源层101的激光辐射部分由诸如提供电流的顶部电极和底部电极的因素确定，以激活激光二极管发射激光辐射。作为例子，激光辐射可以从有源层101的至少一部分沿方向112发射。通常，激光二极管的发射孔是矩形的，其长尺寸通常为几十到几百微米而短尺寸通常为一至二微米。衍射效应导致出现的辐射发散，发散角与孔的大小成反比。孔的短尺寸与大约八百纳米的典型激光二极管波长相当；衍射效应导致大的光束发散，其中“快轴”的方向通常在40至60度之间(90％的功率含量)。发散角的大小被称为数值孔径(NA)，光束沿条纹方向的数值孔径低于垂直于条纹的数值孔径。条纹的长尺寸被称为激光二极管的慢轴，并且该轴上的典型发散角在6到10度的范围内。这种发散不仅取决于二极管激光器的具体设计，而且取决于大面积二极管激光器的工作电流。

准直透镜被应用于在快轴方向和可选的慢轴方向上准直辐射。对于在彼此相邻的一个装置中包括多个发射孔的激光二极管条，单个透镜或微透镜阵列可以用于使光束在慢轴方向上准直。一般而言，快轴准直器直接或靠近激光器的输出面放置，并且可以是圆柱形或环形的。在比快轴准直器更远的距离处，将慢轴准直器应用于每个激光源。相应地，各个激光源的输出光束在组合之前都被准直。准直的各个激光源光束然后必须利用光学组合器组合成单个输出光束，例如通过透镜、光学多路复用器或偏振器。

为了能够适当地校准各光束并且适当地对准光束以实现组合，必须将各个激光源布置并且与光学器件对准以保持各光束分离并且限制在组合步骤之前各光束的串扰和干涉。对于功率放大而言，通过为各激光源和组合单元或模块提供冷却能力来限制散热效应是有利的。一种冷却方式是通过传导冷却，其中产生的热量通过载体和外壳传导。另外，可以通过提供流动的冷却介质流过支撑激光源的载体提供强制冷却来增加冷却能力。此外，在许多情况下，使有源激光源由相同的电流供电是有利的，可以通过将激光源布置在串行网络中来实现。