[发明专利]可堆叠的电隔离二极管激光器条组件

说明书

二极管激光器条组件包括通过电绝缘底座安装在冷却器上的二极管激光器条。提供一种叠层连接器，其包括两个导电片，所述两个导电片结合到电绝缘片上的相对侧。电绝缘体位于叠层连接器和冷却器之间。一个导电片连接到二极管激光器条的n侧，另一个导电片连接到二极管激光器条的p侧。

优先权

本申请要求于2016年5月24日提交的美国临时专利申请第62/340,999号和于2017年4月26日提交的美国专利申请第15/498,253号的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明一般涉及二极管激光器条封装。本发明特别涉及在水冷散热器上封装二极管激光器条。

背景技术

二极管激光器是用于将电功率转换成相干光功率的高效装置。在这方面，它们代表了最高效的一类激光设备。边缘发射二极管激光器具有通常为数百微米(μm)长并从端面发射激光辐射的波导谐振器。来自二极管激光器发射器的激光辐射的特征在于在快轴方向上强烈发散并且在慢轴方向上弱发散。快轴、慢轴和发射方向是相互正交的。

对于高功率应用，在其“水平”线性阵列中具有多个二极管激光器发射器的二极管激光器条提供了一种方便的方法来缩放从单个二极管激光器发射器可获得的光功率。为了进一步的功率缩放，可以将多个二极管激光器条“垂直”堆叠在一起以形成二维激光发射器的二维阵列。以这种方式布置的二极管激光器条通常被称为“垂直堆叠”或“快轴堆叠”。优选地，二极管激光器条以最小的条间间距堆叠，以最大化从叠层发射的激光辐射的亮度。

应用于二极管激光器条的术语“封装”是指将二极管激光器条安装在某种冷却基座或散热器上。该基座可以是相对较大的基座，提供“导电冷却封装”(CCP)。对于更高功率的操作，基座通常由流过微通道装置的液体冷却剂冷却。微通道水平地限制冷却器内的冷却剂流动，并且通常具有小于1毫米(mm)的内部尺寸。冷却剂通常是水，或含有各种添加剂的水。

二极管激光器条包括在单晶衬底上外延生长的多个半导体层，其中多个二极管激光器发射器限定在外延层中。通常，衬底是n型衬底，并且生长层使得形成二极管的“p侧”(阳极侧)的层在最上面。二极管激光器条“p侧向下”焊接，或者直接焊接到散热器上，或者通过热膨胀系数(CTE)位于衬底材料和散热器材料的热膨胀系数(CTE)之间的底座(这通常是铜)安装。

与二极管激光器条的电连接将散热器和冷却水放置在其中，与二极管激光器条激励电路电气接触。除非水的电导率低，否则冷却水可以短路与条的电连接。对此的常见解决方案是使用去离子(DI)或高阻水。然而，DI对金属的腐蚀性大于来自传统建筑用品的公用水，并且相比之下使用DI水昂贵且不方便。

即使是在不同电位的金属元件之间的通过冷却水的小“杂散”电流，也会通过电化作用引起金属腐蚀。除了金属元素的侵蚀之外，通过电化作用产生的颗粒可以阻挡微通道冷却装置中的冷却通道。

需要一种改进的二极管激光器条组件，其冷却水与n侧电势和p侧电势均电隔离。优选地，不应要求DI水作为冷却剂。二极管激光器条组件应该优选地是薄的并且能够以小的条间间距堆叠。

发明概述

在一个方面，根据本发明的二极管激光器条装置包括具有相对的第一端和第二端的冷却器，以及在冷却器的第一端处结合到冷却器的顶表面的电绝缘体。提供了一种底座，其具有覆盖电绝缘层的导电层。电绝缘层在冷却器的第二端处结合到冷却器的顶表面。提供具有相对的第一侧和第二侧的二极管激光器条。第一侧结合到底座的导电层并与其电接触。提供一种叠层连接器，其具有覆盖电绝缘片的相对表面的第一导电片和第二导电片。第一导电片与二极管激光器条的第二侧电接触。第二导电片结合到底座的导电层上，与其电接触并与冷却器的顶表面电隔离。第二导电片也结接到电绝缘体上。叠层连接器延伸超出冷却器，暴露出第一导电片和第二导电片。