[发明专利]用于高功率激光系统的金刚石涂层复合材料散热器

说明书

在不同的实施例中，激光系统的特征在于与散热器热连接的光束发射器，所述散热器包括、基本上由或由导热金属和难熔金属的金属‑基质复合材料组成。至少部分散热器的表面进行处理，以形成贫化区，并在贫化区内和/或上面沉积金刚石涂层。贫化区基本上不含导热金属或其导热金属的浓度低于散热器本体中导热金属的浓度。

相关申请

本申请要求2017年12月19日提交的美国临时专利申请No.62/607,378的权益和优先权，该申请全部内容通过引用纳入本申请中。

技术领域

在不同的实施例中，本发明涉及包含热管理用散热器的激光系统，特别是以金刚石涂层为特征的散热器。

背景技术

高功率激光系统用于许多不同的应用，如焊接、切割、钻孔和材料加工。所述激光系统通常包括激光发射器，从发射器发射的激光被耦合到光学纤维(或简称为“光纤”)内，及将来自光纤的激光聚焦到待加工的工件上的光学系统。多波长光束组合(WBC)是一种用于对来自激光二极管、激光二极管巴条、二极管巴条堆栈或以一维或二维阵列布置的其它激光器的输出功率和亮度进行调节的技术。已经开发了WBC方法，用于沿发射器阵列的一个维度或两个维度组合光束。典型的WBC系统包括多个发射器，如一个或多个二极管巴条，它们采用色散元件组合，以形成多波长光束。WBC系统中的每个发射器都单独地谐振，并且通过由色散元件沿着光束组合维度滤波的、来自共同的部分反射输出耦合器的波长特定反馈来稳定。示例性WBC系统在2000年2月4日提交的美国专利No.6,192,062、1998年9月8日提交的美国专利No.6,208,679、2011年8月25日提交的美国专利No.8,670,180、以及2011年3月7日提交的美国专利No.8,559,107中都进行了详细描述，通过引用，这些专利全文纳入本申请中。

虽然WBC等技术已经在生产应用范围广泛的激光器类系统中获得了成功，但是，更广泛的使用所述系统需要更高水平的激光器输出功率。通常更高的激光器功率涉及以日益增加的更高电流驱动激光二极管，导致操作温度更高和伴随出现热-管理问题，热管理的目的是防止与温度有关的可靠性问题。虽然高功率激光系统通常采用由导热金属或其它材料组成的散热器将激光发射器本身的热量撤走，但是，某些系统的热管理需求还需要采用循环冷却剂(例如水)来加快散热。冷却剂的使用可能导致散热器材料腐蚀和/或侵蚀，引发使用寿命和可靠性问题。因此，需要提供解决这些问题的热管理方案。

发明内容

根据本发明的实施例，包含光束发射器的激光器器件，如激光二极管(例如，单激光二极管、激光二极管巴条或它们的阵列)，采用散热器(例如，电极支架和/或导热外壳)，散热器特点是其上面有金刚石涂层，至少在暴露于停滞和/或流动液体冷却剂(如水)的表面(或部分表面)上有金刚石涂层。正如本领域所熟悉的那样，金刚石的导热性非常好，而且耐侵蚀和腐蚀。通过这种方式，本发明实施例所述的散热器保持较高的热导率，同时其特征是在液体冷却应用中的使用寿命长。