[发明专利]用于对半导体激光器进行供电和冷却的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本专利要求提交于2009年9月3日，题目为“Method and System for Powering and Cooling Semiconductor Lasers”的美国优先权专利申请第61/239,569号，以及提交于2010年6月11号的题目为“Method and System for Powering and Cooling Semiconductor Lasers”的美国申请第12/813,662号的35 U.S.C.$119(e)的利益，该申请的公开通过作为通用系统的它们的整体的引用被结合于此。

联邦政府资助的研究或者开发的发明的权利的声明

依据在美国能源部和劳伦斯-利弗莫尔国家安全有限责任公司间的合同No.DE-AC52-07NA27344，美国政府拥有此发明的权利。

背景技术

高平均功率二极管泵浦激光器当前被用于或者设计在越来越多的激光器系统中。随着这些高平均功率二极管泵浦激光器的光输出功率的增大，从二极管激光机泵需求的输入光功率通常也增大。由于二极管激光器的效率在过去的几年里基本上不变，所以增大光功率伴随着增大电输入功率。在某些应用中，需要几百安培级别的电流以驱动二极管激光泵。因此，使用功率调节电子设备的精确电流调整富有挑战性。

因此，在本领域中需要针对适用于高平均功率二极管泵浦激光器应用的二极管激光泵的改善方法和系统。

发明内容

依据本发明，提供了涉及光系统的技术。更具体地，本发明的实施例提供了具有集成脉冲产生器的半导体激光泵模块。仅举例来说，本发明已经被应用到半导体激光器棒阵列，该半导体激光器棒阵列与脉冲产生器的驱动电子设备共享共同的冷却结构。这里描述的方法和系统对于包括激光器、放大器等的众多光系统也是适用的。

依据本发明的一个实施例，提供了半导体激光器系统。该半导体激光器系统包括二极管激光器瓦片。该二极管激光器瓦片包括具有第一侧和与第一侧相对的第二侧的安装夹具，以及耦接到安装夹具的第一侧的半导体激光泵的阵列。该半导体激光泵的阵列还包括热耦接到二极管激光器瓦片的电脉冲产生器，以及热耦接到二极管激光器瓦片和电脉冲产生器的冷却结构。

依据本发明的另一实施例，提供了半导体激光泵单元。该半导体激光泵单元包括半导体激光源和热耦接到该半导体激光源的散热器。该半导体激光泵单元还包括热耦接到散热器的脉冲产生器。该脉冲产生器包括连接到电源的感测电阻器和接地的场效应晶体管。

依据本发明的另一实施例，提供了一种操作半导体激光泵单元的方法。该方法包括将DC电力施加到电荷存储电容器和电力总线，以及将电流脉冲施加到连接到电流控制FET的驱动放大器。该方法还包括响应于将电流脉冲施加到该驱动放大器，使电流流经电流控制FET，以及使电流流经连接到该电力总线的感测电阻器。该方法还包括使用耦接到感测电阻器的第一端子和感测电阻器的第二端子的感测放大器来感测电流，以及使电流流经半导体激光器以产生泵浦光(pump light)。

比起传统技术，通过本发明取得了众多好处。例如，本系统提供了半导体激光泵和用于驱动该半导体激光泵的电脉冲产生器的部件的被集成的冷却。将电脉冲产生器的部件安装为与被用于冷却半导体激光泵的冷却结构热连通，这降低了系统的尺寸和成本。本发明的实施例通过将脉冲电力电子设备直接集成到二极管激光泵瓦片基板(submount)中，提供了二极管激光泵瓦片，其降低了系统成本并提高了可靠性。仅举例来说，可以将脉冲式电力成本降低大于40倍，并且可以将脉冲发生器电子外壳减小大于20倍。此外，一些实施例结合了用于感测和监控二极管性能的在原位集成的智能，以防止也可以被称为自残(fratricide)的灾难性的连锁损坏。依据本实施例，可以取得这些好处的一个或者多个。本说明书将更详细地以及以下将更具体地描述这些以及其他好处。

附图说明

图1是依据本发明的一个实施例的半导体激光泵单元的简化的示意图；

图2是依据本发明的一个实施例的功率调节电路的简化的示意图；

图3是依据本发明的一个实施例的功率调节电路的简化的示意图；

图4是图2中图示出的功率调节电路的Multisim模型的电路示意；

图5A图示了从图4中示出的Multisim模型输出的模型基准；

图5B图示了图4中示出的Multisim模型的负载特征；

图5C图示了图4中示出的Multisim模型的电源电压和电流特征；