JP7228856B2 - 高パワーレーザシステムにおける熱インタフェース材料のポンピングの対処のためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

（関連出願）
本出願は、２０１８年１０月１５日に出願された、米国仮特許出願第６２／７４５，６２２号に基づく利益及び優先権を主張し、その開示の全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。

様々な実施の形態において、本発明はレーザシステムに関し、熱管理（thermal management）のためのインタフェース材料（interface materials）と、インタフェース材料のポンピングを最小化または減少させるための手段及び方法とを含む。

高出力レーザシステムは、溶接、切削、穴あけ加工及び材料加工等、異なる複数の用途に使用されている。このようなレーザシステムは、一般的に、レーザ発振器と、加工される工作物上にレーザ光を集光させる光学システムとを含む。レーザ発振器からのレーザ光は光学ファイバ（または、単に「ファイバ」）または他の伝搬媒体（例えば、自由空間）に結合される。多くのこのような場合において、複数のレーザダイオード発振器または発振器のアレー（例えば、レーザバーまたはダイオードバー）からのレーザ発振は、このような用途を可能にする高パワーレーザビームを形成するように組み合わせられる。高パワーレーザビームを様々なビーム品質で形成するように、様々な独自の技術が開発されているが、このようなレーザシステムにおける共通の課題は、効率的な冷却と熱の除去である。現在、単一のダイオードバーは、通常、３００Ｗまでのパワーを提供し、０．５ｃｍ^２の面積において多くの熱を拡散させる。大量の熱を除去するように、レーザシステムは、熱を、レーザ発振器自体から、最終的にレーザが取り付けられたレーザハウジング内の冷却水へ移動させ、熱伝導性の金属または他の材料により構成されるヒートシンクを通常用いる。

レーザシステムの製造における主な課題の１つは、レーザパッケージ（laser package）と液体で冷却されてもよいハウジングとの間のインタフェース構造である。例えば、熱を発振するレーザパッケージとハウジングとの間の熱インタフェースにおける欠陥は、熱移動の効果を阻害する可能性がある。例えば、充填されていない表面粗さ等のボイド（void）または表面特徴は、レーザパッケージとハウジングとの間の接触面積を減少させる可能性がある。これらの課題に対処するように、熱化合物（compounds）及びインジウムホイル（indium foil）等の軟性金属が開発されているが、このような化合物の多くは、熱サイクル下において、摩耗及び／またはクリープの対象となり、時間経過とともに効果が失われ、及び／またはインタフェースから完全にまたは部分的に除去される。よって、これらの課題に対処する熱管理の解決策が求められている。

本発明の実施の形態によると、レーザダイオード（例えば、単一のレーザダイオード、レーザダイオードバー、またはそのアレー）等の１つまたは複数のビーム発振器を含むレーザ装置は、熱伝導性を有するパッケージにパッケージ化され、追加の受動的または能動的な冷却を提供してもよい冷却プレートに取り付けられる。様々な実施の形態において、冷却プレートは、このようにパッケージされた複数のレーザ装置のための共通のプラットホームとしても機能し、２つまたは３つ以上のレーザ装置が互いに電気的に（例えば、直列または並列に）接続されてもよい。レーザ装置は、（例えば、動作の間）熱接触及びビーム発振器から離れる方向の熱伝導を向上させるように、パッケージと冷却プレートとの間に、熱インタフェース材料の１つまたは複数の層を含む。様々な実施の形態において、装置は、冷却プレートを通じて、装置と、冷却プレートに設置されてもよい他の装置との間の電気伝導を防止するように、パッケージと冷却プレートとの間に、電気絶縁バリアを含む。他の装置は、コントローラ、アクチュエータ、モータ、センサ等の他のレーザ装置、及び他の光学的、電子的、または光学電子的装置を含んでもよいが、これらに限定されない。

様々な実施の形態において、熱インタフェース材料は、コンフォーマル（conformal）材料（例えば、ゲル状、半固体、液体等）であり、よって、熱ポンピング効果（即ち、熱サイクルによって生じる熱インタフェース構造の機械的摩耗及び／または運動）に影響を受けやすい。例えば、システムが動作している間、ビーム発振器は、オン（on）及びオフ（off）のサイクルを繰り返してもよく、熱インタフェース材料に負荷されるサイクリック力（cyclic power）を生じさせる熱サイクルをもたらす。このサイクリック力は、パッケージと冷却プレートとの間のインタフェースから熱インタフェース材料のポンピングをもたらす可能性があり、よって、熱インタフェース材料の熱管理効率を減少させ、ある場合において、システム（例えば、ビーム発振器）の熱に誘発された故障がもたらす。熱インタフェース材料のポンピングは、パッケージ、バリア材料、及び／または冷却プレートの熱膨張係数（ＣＴＥ）の不一致によって悪化する可能性がある。ＣＴＥの不一致は、熱サイクルの間において熱インタフェース材料にせん断応力が負荷されることをもたらし、有害なことに、インタフェースから離れて熱インタフェース材料のポンピングを増加させる可能性がある。

本発明の様々な実施の形態において、電気絶縁バリアは、パッケージと冷却プレートとの間において電気伝導を抑制するように、パッケージと冷却プレートとの間に配置されてもよい。しかしながら、電気絶縁バリアは、パッケージから冷却プレートへ、熱の流れを最大化するように、望ましくは熱伝導性を有する。様々な実施の形態において、セラミック（例えば、窒化アルミニウム、ホウ素ヒ化物、及び／または酸化ベリリウム）、非伝導性グラファイト、またはダイヤモンド層または材料、またはこれらの２つまたは３つ以上の組み合わせ、またはこれらの１つまたは複数とともに１つまたは複数の（電気伝導性を有してもよい）他の材料は、電機絶縁バリアとして使用されてもよい。例えば、バリアは、複数の層を有する構造であってもよく、１つまたは複数の層は、上記材料の１つまたは複数の材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。様々な実施の形態において、１つまたは複数の他の層は、１つまたは複数の層は電気的に絶縁する限り、金属等の電気伝導層を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。

本発明の実施の形態に係るレーザシステムは、２つの異なる方法の少なくとも１つによって、熱インタフェース材料のポンピング、及び／またはポンピングによって誘発される故障を減少、最小化または実質的に排除する。第１に、本発明の実施の形態に係るシステムは、熱誘発膨張及び収縮を許容しつつ、パッケージと冷却プレートとの間の熱（及び／または機械的）接続を維持する１つまたは複数の機構を含み、熱インタフェース材料が受けるポンピング力を減少または実質的に排除する。例えば、様々な実施の形態において、パッケージは、熱サイクルの間、冷却プレートから離れるようにパッケージの移動を可能にするバネを設けたファスナー（例えば、ネジ）を通じて、（熱インタフェース材料を間に配置して）冷却プレートに機械的に係合される。ファスナーとバネは、加熱されていない（または「冷たい」）状態（例えば、設置、ダウンタイム等）において、熱インタフェース材料を圧縮するのに充分な係合力を提供し、よって、パッケージ（及び／または他のシステム要素）の熱膨張及び収縮による力の変動を減少または最小化しつつ、パッケージから離れる方向への熱の伝導体としての熱インタフェース材料の効率を最大化する。本明細書にて説明される例示的な実施の形態は、１つまたは複数のネジをファスナーとして使用するが、ボルト、リベット、アンカー、ロッド、インサート等、他の種類のファスナーが使用されてもよい。本明細書にて、「ネジ」は、その長さの少なくとも一部に沿ってスレッド（threaded）または他の方法でパターンを付され、引き延ばし形状を有する任意のファスナー（例えば、スレッドされたボルト）を示す。ネジの遠位端は、平坦または尖っていてもよい。スレッドまたは他のパターンは、ネジが係合される対象の内部における補完的なスレッドとインタフェース（interface）及び／または嵌合（interlock）するように設計されてもよい。

あるいはまたは加えて、本発明の実施の形態は、複数の離散的な領域部分（areal sections）に分割される電気絶縁バリア層を含み、よって、例えば、バリア層とレーザパッケージ（及び／またはビーム発振器を含む１つまたは複数の要素）との間のＣＴＥの不一致による熱インタフェース材料の熱ポンピングは減少または最小化される。言い換えると、空いた隙間が材料の様々な部分の間に存在するため、電気絶縁バリア層は、インタフェースの全体を覆わなくてもよく、電気絶縁バリア層はインタフェースの１００％未満を覆う。様々な実施の形態において、離散的な領域部分は、（例えば、インタフェースの全体を覆う）複数の層を有するセグメント化された電気絶縁バリア層ではなく、インタフェースの不完全な領域被覆（coverage）を提供する単一層のみを構成する。

様々な実施の形態において、電気絶縁バリア層は、動作中により高温になる（即ち、より加熱される）パッケージの位置に近位なより小さい部分に分割されてもよく、これらの領域が受ける熱に誘発される応力の量を減少させる。例えば、本発明の実施の形態に係る様々なレーザ装置において、ビーム発振器（例えば、レーザダイオードまたはダイオードバー）の直下に位置するパッケージの領域は、周囲または他の領域より多くの加熱を局所的に受け得る。よって、本発明の様々な実施の形態において、電気絶縁バリア層及び／またはその上の熱インタフェース材料は、減少された熱によって誘発される応力を受ける。様々な実施の形態において、分割された電気絶縁バリア層と対向するパッケージの表面及び／または冷却プレートは、名目上平坦である、即ち、電気絶縁バリア層の構成を影響し得る突出部または凹部（例えば、溝）を有しない。本発明の実施の形態は、分割された電気絶縁バリア層を特徴とするが、このような層は、レーザ装置（またはパッケージの電気伝導部分）と下に配置された冷却プレートとの間で電気的接触を防止するように充分である（例えば、充分な厚みを有する）。

様々な実施の形態において、熱インタフェース材料は、ゲル状の材料またはペースト、例えば、熱グリースまたは熱ゲルである。熱インタフェース材料は、例えば、熱伝導はんだ、ホイル（foil）、ペースト、またはインジウム（例えば、インジウムペーストまたははんだ）等のゲル材料、または銀ペーストを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。熱インタフェース材料は、２０１８年３月２８日に出願された、米国仮特許出願第６２／６４９，１４５号に開示されるように、液体材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよく、その開示の全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。

様々な実施の形態において、熱インタフェース材料は、シリコーン由来の非硬化グリース等の熱グリースを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。様々な実施の形態において、熱インタフェース材料は、相変化材料（phase change material）、即ち、温度が相変化温度（例えば、融点）に到達すると、固体から液体またはゲル状態に少なくとも部分的に相変化し、及びその逆も行う材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。相変化材料の例示は、Ｌａｉｒｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（登録商標）によって入手可能なＴｍａｔｅ及びＴｐｃｍシリーズの材料を含む。様々な実施の形態において、相変化材料は、キャリア内に分散されるパーティクルを有するキャリア（例えば、パラフィンワックス等のワックス）を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。例示的なパーティクルは、例えば、窒化ホウ素パーティクル等のセラミックパーティクルを含む。例示的な相変化材料は、補強として、１つまたは複数の金属薄膜（例えば、ホイル）を含んでもよい。常温において、相変化材料は、シートまたはパッド、またはフィルムまたはペーストの形態を有してもよい。例示的な相変化材料は、常温において固体であり、レーザ装置の動作温度未満（または、レーザ装置の全体または一部が受ける熱サイクルにおいて到達する温度、または装置が動作温度において動作する際に、レーザパッケージの全体または一部の温度未満）の相変化温度を有する。

様々な実施の形態において、熱インタフェース材料は、パーティクル、ポスト（posts）、ワイヤ、メッシュ、または他の固体の特徴または要素を有しない。熱インタフェース材料は、様々な実施の形態において、「ｚ」方向、即ち、冷却プレートからレーザパッケージにまたはその逆に延びる方向（通常縦方向または横方向）において、少なくとも１ワット、毎メートル、毎ケルビン、少なくとも５Ｗｍ^－１Ｋ^－１、少なくとも１０Ｗｍ^－１Ｋ^－１、少なくとも１５Ｗｍ^－１Ｋ^－１、または少なくとも２０Ｗｍ^－１Ｋ^－１の熱伝導率を有する。熱インタフェース材料の熱伝導率は、略３００Ｗｍ^－１Ｋ^－１未満、略２５０Ｗｍ^－１Ｋ^－１未満、略２００Ｗｍ^－１Ｋ^－１未満、略１５０Ｗｍ^－１Ｋ^－１未満、略１００Ｗｍ^－１Ｋ^－１未満、または略５０Ｗｍ^－１Ｋ^－１未満であってもよい。様々な実施の形態において、熱インタフェース材料の層は、レーザパッケージと電気絶縁バリア層との間、及び／または電気絶縁バリア層と冷却プレートとの間に配置される。

本発明の様々な実施の形態において、冷却プレートは、例えば、銅、アルミニウム、及び／または１つまたは複数の他の金属及び／または熱伝導材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートの熱伝導率は、熱インタフェース材料の熱伝導率より高くてもよい。冷却プレートは、その内部に１つまたは複数の中空の通路を含んでもよく、通路には、レーザパッケージからの熱の流れを促進するように水等の液体冷媒が流されてもよい。パッケージされたビーム発振器は、よって、熱インタフェース材料を含む熱インタフェースシステムを通じて冷却プレートに熱的に係合されてもよく、高パワーレーザシステム（例えば、波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステム及び／または入力ビームを光学ファイバに結合するレーザシステム）において使用されてもよい。

本明細書にて使用されるように、冷却プレートまたは他のヒートシンクとして使用されてもよい材料等の高い熱伝導率を有する材料、または「高熱伝導材料」は、少なくとも１００Ｗｍ^－１Ｋ^－１、少なくとも１７０Ｗｍ^－１Ｋ^－１、少なくとも２００Ｗｍ^－１Ｋ^－１、少なくとも２５０Ｗｍ^－１Ｋ^－１、または少なくとも３００Ｗｍ^－１Ｋ^－１の熱伝導率を有する。本明細書にて使用されるように、高い電気伝導率を有する材料、または「電気伝導材料」は、２０°Ｃにおいて、メートル毎少なくとも１×１０^５シーメンス（Ｓ／ｍ）、少なくとも１×１０^６Ｓ／ｍ、または少なくとも１×１０^７Ｓ／ｍの電気伝導率を有する。本明細書にて使用されるように、高い電気抵抗率を有する材料、または「電気絶縁材料」は、少なくとも１×１０^８Ω・ｍ、少なくとも１×１０^１０Ω・ｍ、または少なくとも１×１０^１２Ω・ｍの電気抵抗を有する。

本発明の実施の形態に係るレーザ装置は、高い輝度、低いビームパラメータ積（ＢＰＰ）のレーザシステムを形成するようにＷＢＣシステムにおいて使用されてもよい。ＢＰＰは、レーザビームの発散角（半角）と最も狭い点におけるビームの半径（即ち、ビームウェイスト、最小スポット径）との積である。ＢＰＰはレーザビームの品質、及びどの程度小さいスポットに集光できるかを定量化し、一般的にミリメートル－ミリラジアン（ｍｍ－ｍｒａｄ）の単位で表記される。ガウスビームは、レーザ光の波長をπ（pi）で割ることで得られる、取り得る最も低いＢＰＰを有する。同じ波長における理想的なガウスビームに対する実際のビームのＢＰＰの比はＭ^２または「ビーム品質因子」と示され、波長から独立したビーム品質の基準であり、「最高」の品質は「最小」のビーム品質因子である１に対応する。

ＷＢＣは、レーザダイオード、レーザダイオードバー、ダイオードバーのスタック、または１または２次元アレーに配置された他のレーザからの出力パワー及び輝度を調節するための技術である。本発明の実施の形態によってパッケージされたビーム発振器は、ＷＢＣシステムにおいて使用されてもよい。発振器の１または両方の次元のアレーに沿ってビームを合成するＷＢＣ方法が開発された。一般的なＷＢＣシステムは、マルチ波長ビームを形成する分散要素を用いて合成される１つまたは複数のダイオードバー等、複数の発振器を含む。ＷＢＣシステム内の各発振器は個別に共振し、ビーム合成の次元に沿って分散要素によりフィルタされる、共通の部分的に反射性を有する出力カプラからの波長特性を有するフィードバックを通じて安定化される。例示的なＷＢＣシステムは、２０００年２月４日に出願された、米国特許第６，１９２，０６２号と、１９９８年９月８日に出願された、米国特許第６，２０８，６７９号と、２０１１年８月２５日に出願された、米国特許第８，６７０，１８０号と、２０１１年３月７日に出願された、米国特許第８，５５９，１０７号と、において説明され、各出願の開示の全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。

本発明の実施の形態は、光ファイバに１つまたは複数の入力レーザビームを結合する。
様々な実施の形態において、光ファイバは、単一のコアを囲む複数のクラッド層、１つのクラッド層内に複数の離散的なコア領域（または「コア」）、または複数のクラッド層に囲まれた複数のコアを有する。

本明細書にて、「光学要素」は、電磁気放射を方向転換させる、反射させる、曲げる、または他のいずれかの方法で光学的に操作する、レンズ、鏡、プリズム、回折格子等のいずれかを指してもよい。本明細書にて、ビーム発振器、発振器、またはレーザ発振器、またはレーザは、電磁気ビームを発生させるが、自己共鳴するまたはしない半導体要素等のいずれかの電磁気ビーム発振器装置を含む。これらは、ファイバレーザ、ディスクレーザ、非個体レーザ等を含む。一般的に、各発振器は、背面反射面、少なくとも１つの光学利得媒体、及び正面反射面を含む。光学利得媒体は、電磁気放射の振幅を増加させる。電磁気放射は、電磁気スペクトラムのいずれかの特定部分に限定されておらず、可視光、赤外線及び／または紫外線であってもよい。発振器は、複数のビームを照射するように構成されたダイオードバー等、実質的に複数のビーム発振器を含んでもよくまたはそれからなってもよい。本明細書における実施の形態において受ける入力ビームは、単一波長、または先行技術において知られている様々な技術を用いて結合されるマルチ波長ビームであってもよい。加えて、本明細書における「レーザ」、「レーザ発振器」、または「ビーム発振器」の参照は、単一ダイオードレーザのみではなく、ダイオードバー、レーザアレー、ダイオードバーアレー、及び単一またはアレーを形成した垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬｓ）を含む。

後続の一般的な説明にて説明されるレーザダイオードのようなレーザダイオードは、本明細書にて説明される革新の実施の形態に関連して使用されてもよい。レーザダイオードは、一般的に、フォトン（光）の発振をサポートする簡単なダイオード構造に基づく。しかしながら、効率、パワー、ビーム品質、変調可能性（tunability）等を向上するためには、この簡単な構造は一般的に改造され、多くの実用的なタイプのレーザダイオードの種類を提供する。レーザダイオードのタイプは、数ミリワットから略半ワットの出力パワーを、高いビーム品質を有するビームとして発生させる小さいエッジ発振（edge-emitting）種類を含む。ダイオードレーザの構造的種類は、２つの高いバンドギャップ層の間に挟まれた低いバンドギャップ材料の層を含む二重のヘテロ構造レーザ；レーザのエネルギの高効率及び量子化をもたらす極めて薄い中間層（量子井戸層）を含む量子井戸レーザ；利得性質を向上させるために１つより多くの量子井戸層を含む複数量子井戸レーザ；より高い効率を有する量子井戸レーザを形成するために中間層をワイヤまたはドットで交換する量子ワイヤまたは量子シー（sea）（ドット）レーザ；量子層の厚みを変更することで同調することができる比較的長い波長におけるレーザ動作を可能とする量子カスケードレーザ；最も一般的な商業的レーザダイオードであって、発生させた光を効率よく閉じ込めるために、量子井戸層の上下において他の２つの層を含む、分離閉じ込めヘテロ構造レーザ；過酷な光学通信用途で一般的に使用され、利得領域に単一の波長を戻すように反射させることで、製造中に規定された安定した波長を発生させることを容易にする統合された回折格子を含む、分布帰還型レーザ；そのエッジではなくその表面から光が照射されるという点において他のレーザダイオードとは異なる構造を有する垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬｓ）；主に二重ヘテロ構造ダイオードを使用する同調可能レーザであり、回折格子または複数プリズム回折格子配置を含む、外部垂直共振器面発光レーザ（ＶＥＣＳＥＬｓ）及び外部共振器ダイオードレーザ；を含む。外部共振器ダイオードレーザは、多くの場合において、波長同調可能であり、小さい放出幅（emission line width）を示す。レーザダイオードの種類は、様々な高パワーダイオードに基づくレーザも含み、横長出力面を有し得るマルチモードダイオードに特徴付けられ、一般的に低いビーム品質を有するが数ワットのパワーを発生させるブロードエリア型レーザ；ブロードエリア型レーザと比較すると、向上したビーム品質及び輝度を示す傾斜された出力面を有する乱視モードダイオードに特徴付けられたテーパレーザ；楕円形の出力面を有する楕円モードダイオードに特徴付けられたリッジ導波路レーザ；出力面を有する円形モードダイオードに特徴付けられ、略円形のプロファイルを有する回折限定ビームにおいてワットレベルの出力を発生させることができるスラブ結光導波路レーザ（ＳＣＯＷＬ）を含む。

レーザダイオードアレー、バー及び／またはスタックは、本明細書にて説明する革新の実施の形態に関連して使用されてもよい。レーザダイオードは、個別にまたはグループ、一般的に１次元列／アレー（ダイオードバー）または２次元アレー（ダイオードバースタック）でパッケージ化されてもよい。ダイオードアレースタックは、一般的にダイオードバーの縦方向のスタックである。レーザダイオードバーまたはアレーは、一般的に、同等な単一のブロードエリア型ダイオードより、実質的に高いパワー及びコスト効率を達成する。高出力ダイオードバーは、一般的に、ブロードエリア型発振器のアレーを収容し、比較的低いビーム品質で数十ワットを発生させる。高いパワーに係らず、その輝度は、ブロードエリア型レーザダイオードよりも低いことが多い。数百または数千ワットの非常に高いパワーの発生のため、高出力スタックダイオードバーを生成するため、高出力ダイオードバーは重ねられてもよい。レーザダイオードアレーは、ビームを自由空間内またはファイバ内に照射するために構成されてもよい。ファイバ結合ダイオードレーザアレーは、ファイバレーザ及びファイバ増幅器のためのポンピングソースとして、便宜的に使用されてもよい。

ダイオードレーザバーは、半導体レーザの種類であり、ブロードエリア型発振器の１次元アレーを含む、または、代替的に、例えば、１０－２０個の細いストライプ発振器を含むサブアレーを含む。ブロードエリア型ダイオードバーは、一般的に、例えば、１９－４９個の発振器を含み、それぞれ、例えば、１μｍ×１００μｍの桁の寸法を有する。１μｍの寸法に沿ったビーム品質、またはファスト軸（fast-axis）は、一般的に、回折限界を有する。１００μｍの寸法に沿ったビーム品質、またはスロー軸（slow-axis）は、一般的に、複数回の回折限界を有する。一般的に、商業的用途のためのダイオードバーは、１から４ｍｍの桁のレーザ共振器長さを有し、幅方向に約１０ｍｍであり、数十ワットの出力パワーを発生させる。多くのダイオードバーは７８０から１０７０ｎｍの波長範囲内で操作され、８０８ｎｍの波長（ポンピングされたネオジムレーザ）および９４０ｎｍ（ポンピングされたＹｂ：ＹＡＧ）が最も顕著である。９１５－９７６ｎｍの波長範囲は、エルビウムドープ、イッテルビウムドープの高出力ファイバレーザと増幅器のポンピングに使用される。

ある態様において、本発明の実施の形態は、レーザ装置を特徴として、レーザ装置は、ビーム発振器と、レーザパッケージと、レーザパッケージから熱伝導により熱を逃がす熱伝導冷却プレートと、レーザパッケージと冷却プレートとの間の電気伝導を抑制する電気絶縁バリア層と、第１熱インタフェース材料と、第２熱インタフェース材料と、バリア層と第１及び第２熱インタフェース材料とを間に挟んでレーザパッケージを冷却プレートに取り付け、ビーム発振器の動作から生じる熱サイクルに応じてレーザパッケージの運動を可能にする手段と、を含み、それから本質的に構成され、またはそれから構成される。レーザパッケージは、ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザパッケージは、（ｉ）ビーム発振器の上に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導上側レーザクーラーと、（ｉｉ）ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーとを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、レーザパッケージの下に配置される。バリア層は、レーザパッケージと冷却プレートとの間に配置される。第１熱インタフェース材料は、レーザパッケージとバリア層との間に配置される。第２熱インタフェース材料は、バリア層と冷却プレートとの間に配置される。第１及び第２熱インタフェース材料の、レーザパッケージと冷却プレートとの間のインタフェースから離れる運動は、減少されてもよい。

本発明の実施の形態は、次の１つまたは複数を、いずれかの種類の組み合わせにおいて、含んでもよい。取付手段は、弾性部材とファスナーとを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよく、ファスナーは、レーザパッケージを冷却プレートに取り付けて、弾性部材を圧縮する。弾性部材は、レーザパッケージの熱誘発膨張に応じて追加的に圧縮されるように構成されてもよい。ファスナーは、１つまたは複数のネジを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。弾性部材は、少なくとも１つのバネを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。発振器は、複数の離散的ビームを発振するように構成されるダイオードバーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。上側レーザクーラー及び／または下側レーザクーラーは、銅を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。バリア層は、窒化アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。第１熱インタフェース材料及び／または第２熱インタフェース材料は、ゲル、はんだ、ペーストまたは液体を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。第１熱インタフェース材料及び／または第２熱インタフェース材料は、相変化材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザ装置は、冷却プレートの上に配置された及び／または冷却プレートに取り付けられた第２レーザパッケージを含んでもよい。バスバーは、レーザパッケージを第２レーザパッケージに電気的に接続してもよい。第２レーザパッケージは、その内部に配置された第２ビーム発振器を有してもよい。電気絶縁バリア層は、その間に隙間を有する複数の離散的な部分を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。電気絶縁バリア層は、レーザパッケージと冷却プレートとの間で、隙間なく伸びる１つまたは複数の層を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。第１熱インタフェース材料及び第２熱インタフェース材料は、同じ材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。第１熱インタフェース材料及び第２熱インタフェース材料は、異なる材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。

他の態様において、本発明の実施の形態は、レーザ装置を特徴として、レーザ装置は、ビーム発振器と、レーザパッケージと、レーザパッケージから熱伝導により熱を逃がす熱伝導冷却プレートと、レーザパッケージと冷却プレートとの間の電気伝導を抑制する電気絶縁バリア層と、熱インタフェース材料と、バリア層と熱インタフェース材料とを間に挟んでレーザパッケージを冷却プレートに取り付け、ビーム発振器の動作から生じる熱サイクルに応じてレーザパッケージの運動を可能にする手段と、を含み、それから本質的に構成され、またはそれから構成される。レーザパッケージは、ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザパッケージは、（ｉ）ビーム発振器の上に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導上側レーザクーラーと、（ｉｉ）ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、レーザパッケージの下に配置される。バリア層は、レーザパッケージと冷却プレートとの間に配置される。熱インタフェース材料は、（ｉ）レーザパッケージとバリア層との間、または（ｉｉ）バリア層と冷却プレートとの間に配置される。熱インタフェース材料の、レーザパッケージと冷却プレートとの間のインタフェースから離れる運動は、減少されてもよい。

本発明の実施の形態は、次の１つまたは複数を、いずれかの種類の組み合わせにおいて、含んでもよい。熱インタフェース材料は、レーザパッケージとバリア層との間に配置されてもよい。熱インタフェース材料は、バリア層と冷却プレートとの間に配置されてもよい。取付手段は、弾性部材とファスナーとを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよく、ファスナーは、レーザパッケージを冷却プレートに取り付けて、弾性部材を圧縮する。弾性部材は、レーザパッケージの熱誘発膨張に応じて追加的に圧縮されるように構成されてもよい。ファスナーは、１つまたは複数のネジを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。弾性部材は、少なくとも１つのバネを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。発振器は、複数の離散的ビームを発振するように構成されるダイオードバーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。上側レーザクーラー及び／または下側レーザクーラーは、銅を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。バリア層は、窒化アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。熱インタフェース材料は、ゲル、はんだ、ペーストまたは液体を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。熱インタフェース材料は、相変化材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザ装置は、冷却プレートの上に配置された及び／または冷却プレートに取り付けられた第２レーザパッケージを含んでもよい。バスバーは、レーザパッケージを第２レーザパッケージに電気的に接続してもよい。第２レーザパッケージは、その内部に配置された第２ビーム発振器を有してもよい。電気絶縁バリア層は、その間に隙間を有する複数の離散的な部分を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。電気絶縁バリア層は、レーザパッケージと冷却プレートとの間で、隙間なく伸びる１つまたは複数の層を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。

他の態様において、本発明の実施の形態は、レーザ装置を特徴として、レーザ装置は、ビーム発振器と、レーザパッケージと、レーザパッケージから熱伝導により熱を逃がす熱伝導冷却プレートと、レーザパッケージと冷却プレートとの間の電気伝導を抑制する電気絶縁バリア層と、第１熱インタフェース材料と、第２熱インタフェース材料とを含み、それから本質的に構成され、またはそれから構成される。レーザパッケージは、ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザパッケージは、（ｉ）ビーム発振器の上に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導上側レーザクーラーと、（ｉｉ）ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、レーザパッケージの下に配置される。バリア層は、レーザパッケージと冷却プレートとの間に配置される。第１熱インタフェース材料は、レーザパッケージとバリア層との間に配置される。第２熱インタフェース材料は、バリア層と冷却プレートとの間に配置される。電気絶縁バリア層は、その間に隙間を有する複数の離散的な領域部分を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。

本発明の実施の形態は、次の１つまたは複数を、いずれかの種類の組み合わせにおいて、含んでもよい。発振器は、複数の離散的ビームを発振するように構成されるダイオードバーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。上側レーザクーラー及び／または下側レーザクーラーは、銅を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。バリア層は、窒化アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。第１熱インタフェース材料及び／または第２熱インタフェース材料は、ゲル、はんだ、ペーストまたは液体を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。第１熱インタフェース材料及び／または第２熱インタフェース材料は、相変化材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザ装置は、冷却プレートの上に配置された及び／または冷却プレートに取り付けられた第２レーザパッケージを含んでもよい。バスバーは、レーザパッケージを第２レーザパッケージに電気的に接続してもよい。第２レーザパッケージは、その内部に配置された第２ビーム発振器を有してもよい。第１熱インタフェース材料及び第２熱インタフェース材料は、同じ材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。第１熱インタフェース材料及び第２熱インタフェース材料は、異なる材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。

他の態様において、本発明の実施の形態は、レーザ装置を特徴として、レーザ装置は、ビーム発振器と、レーザパッケージと、レーザパッケージから熱伝導により熱を逃がす熱伝導冷却プレートと、レーザパッケージと冷却プレートとの間の電気伝導を抑制する電気絶縁バリア層と、熱インタフェース材料と、を含み、それから本質的に構成され、またはそれから構成される。レーザパッケージは、ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザパッケージは、（ｉ）ビーム発振器の上に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導上側レーザクーラーと、（ｉｉ）ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、レーザパッケージの下に配置される。バリア層は、レーザパッケージと冷却プレートとの間に配置される。熱インタフェース材料は、（ｉ）レーザパッケージとバリア層との間、または（ｉｉ）バリア層と冷却プレートとの間に配置される。電気絶縁バリア層は、その間に隙間を有する複数の離散的な領域部分を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。

本発明の実施の形態は、次の１つまたは複数を、いずれかの種類の組み合わせにおいて、含んでもよい。熱インタフェース材料は、レーザパッケージとバリア層との間に配置されてもよい。熱インタフェース材料は、バリア層と冷却プレートとの間に配置されてもよい。発振器は、複数の離散的ビームを発振するように構成されるダイオードバーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。上側レーザクーラー及び／または下側レーザクーラーは、銅を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。バリア層は、窒化アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。熱インタフェース材料は、ゲル、はんだ、ペーストまたは液体を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。熱インタフェース材料は、相変化材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザ装置は、冷却プレートの上に配置された及び／または冷却プレートに取り付けられた第２レーザパッケージを含んでもよい。バスバーは、レーザパッケージを第２レーザパッケージに電気的に接続してもよい。第２レーザパッケージは、その内部に配置された第２ビーム発振器を有してもよい。

さらに他の態様において、本発明の実施の形態は、レーザ装置を特徴として、レーザ装置は、ビーム発振器と、レーザパッケージと、レーザパッケージから熱伝導により熱を逃がす熱伝導冷却プレートと、レーザパッケージと冷却プレートとの間の電気伝導を抑制する電気絶縁バリア層と、第１熱インタフェース材料と、第２熱インタフェース材料と、バリア層と第１及び第２熱インタフェース材料とを間に挟んでレーザパッケージを冷却プレートに取り付け、ビーム発振器の動作から生じる熱サイクルに応じてレーザパッケージの運動を可能にするファスナーと、を含み、それから本質的に構成され、またはそれから構成される。レーザパッケージは、ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザパッケージは、（ｉ）ビーム発振器の上に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導上側レーザクーラーと、（ｉｉ）ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、レーザパッケージの下に配置される。バリア層は、レーザパッケージと冷却プレートとの間に配置される。第１熱インタフェース材料は、レーザパッケージとバリア層との間に配置される。第２熱インタフェース材料は、バリア層と冷却プレートとの間に配置される。第１及び第２熱インタフェース材料の、レーザパッケージと冷却プレートとの間のインタフェースから離れる運動は、減少されてもよい。

本発明の実施の形態は、次の１つまたは複数を、いずれかの種類の組み合わせにおいて、含んでもよい。ファスナーは、弾性部材を含み及び／または機械的に係合する。ファスナーは、弾性部材を圧縮してもよい。弾性部材は、レーザパッケージの熱誘発膨張に応じて追加的に圧縮されるように構成されてもよい。ファスナーは、１つまたは複数のネジを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。弾性部材は、少なくとも１つのバネを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。発振器は、複数の離散的ビームを発振するように構成されるダイオードバーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。上側レーザクーラー及び／または下側レーザクーラーは、銅を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。バリア層は、窒化アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。第１熱インタフェース材料及び／または第２熱インタフェース材料は、ゲル、はんだ、ペーストまたは液体を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。第１熱インタフェース材料及び／または第２熱インタフェース材料は、相変化材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザ装置は、冷却プレートの上に配置された及び／または冷却プレートに取り付けられた第２レーザパッケージを含んでもよい。バスバーは、レーザパッケージを第２レーザパッケージに電気的に接続してもよい。第２レーザパッケージは、その内部に配置された第２ビーム発振器を有してもよい。電気絶縁バリア層は、その間に隙間を有する複数の離散的な部分を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。電気絶縁バリア層は、レーザパッケージと冷却プレートとの間で、隙間なく伸びる１つまたは複数の層を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。第１熱インタフェース材料及び第２熱インタフェース材料は、同じ材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。第１熱インタフェース材料及び第２熱インタフェース材料は、異なる材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。

他の態様において、本発明の実施の形態は、レーザ装置を特徴として、レーザ装置は、ビーム発振器と、レーザパッケージと、レーザパッケージから熱伝導により熱を逃がす熱伝導冷却プレートと、レーザパッケージと冷却プレートとの間の電気伝導を抑制する電気絶縁バリア層と、熱インタフェース材料と、バリア層と熱インタフェース材料とを間に挟んでレーザパッケージを冷却プレートに取り付け、ビーム発振器の動作から生じる熱サイクルに応じてレーザパッケージの運動を可能にするファスナーと、を含み、それから本質的に構成され、またはそれから構成される。レーザパッケージは、ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザパッケージは、（ｉ）ビーム発振器の上に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導上側レーザクーラーと、（ｉｉ）ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、レーザパッケージの下に配置される。バリア層は、レーザパッケージと冷却プレートとの間に配置される。熱インタフェース材料は、（ｉ）レーザパッケージとバリア層との間、または（ｉｉ）バリア層と冷却プレートとの間に配置される。熱インタフェース材料の、レーザパッケージと冷却プレートとの間のインタフェースから離れる運動は、減少されてもよい。

本発明の実施の形態は、次の１つまたは複数を、いずれかの種類の組み合わせにおいて、含んでもよい。熱インタフェース材料は、レーザパッケージとバリア層との間に配置されてもよい。熱インタフェース材料は、バリア層と冷却プレートとの間に配置されてもよい。ファスナーは、弾性部材を含み及び／または機械的に係合する。ファスナーは、弾性部材を圧縮してもよい。弾性部材は、レーザパッケージの熱誘発膨張に応じて追加的に圧縮されるように構成されてもよい。ファスナーは、１つまたは複数のネジを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。弾性部材は、少なくとも１つのバネを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。発振器は、複数の離散的ビームを発振するように構成されるダイオードバーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。上側レーザクーラー及び／または下側レーザクーラーは、銅を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。バリア層は、窒化アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。熱インタフェース材料は、ゲル、はんだ、ペーストまたは液体を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。熱インタフェース材料は、相変化材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザ装置は、冷却プレートの上に配置された及び／または冷却プレートに取り付けられた第２レーザパッケージを含んでもよい。バスバーは、レーザパッケージを第２レーザパッケージに電気的に接続してもよい。第２レーザパッケージは、その内部に配置された第２ビーム発振器を有してもよい。電気絶縁バリア層は、その間に隙間を有する複数の離散的な部分を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。電気絶縁バリア層は、レーザパッケージと冷却プレートとの間で、隙間なく伸びる１つまたは複数の層を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。

他の態様において、本発明の実施の形態は、レーザ装置を特徴として、レーザ装置は、ビーム発振器と、レーザパッケージと、レーザパッケージから熱伝導により熱を逃がす熱伝導冷却プレートと、熱インタフェース材料と、バリア層と熱インタフェース材料とを間に挟んでレーザパッケージを冷却プレートに取り付け、ビーム発振器の動作から生じる熱サイクルに応じてレーザパッケージの運動を可能にする手段と、を含み、それから本質的に構成され、またはそれから構成される。レーザパッケージは、ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザパッケージは、（ｉ）ビーム発振器の上に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導上側レーザクーラーと、（ｉｉ）ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、レーザパッケージの下に配置される。熱インタフェース材料は、レーザパッケージと冷却プレートとの間に配置される。熱インタフェース材料の、レーザパッケージと冷却プレートとの間のインタフェースから離れる運動は、減少されてもよい。

本発明の実施の形態は、次の１つまたは複数を、いずれかの種類の組み合わせにおいて、含んでもよい。取付手段は、弾性部材とファスナーとを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよく、ファスナーは、レーザパッケージを冷却プレートに取り付けて、弾性部材を圧縮する。弾性部材は、レーザパッケージの熱誘発膨張に応じて追加的に圧縮されるように構成されてもよい。ファスナーは、１つまたは複数のネジを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。弾性部材は、少なくとも１つのバネを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。発振器は、複数の離散的ビームを発振するように構成されるダイオードバーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。上側レーザクーラー及び／または下側レーザクーラーは、銅を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。熱インタフェース材料は、ゲル、はんだ、ペーストまたは液体を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。熱インタフェース材料は、相変化材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザ装置は、冷却プレートの上に配置された及び／または冷却プレートに取り付けられた第２レーザパッケージを含んでもよい。バスバーは、レーザパッケージを第２レーザパッケージに電気的に接続してもよい。第２レーザパッケージは、その内部に配置された第２ビーム発振器を有してもよい。

他の態様において、本発明の実施の形態は、レーザ装置を特徴として、レーザ装置は、ビーム発振器と、レーザパッケージと、レーザパッケージから熱伝導により熱を逃がす熱伝導冷却プレートと、レーザパッケージと冷却プレートとの間の電気伝導を抑制する電気絶縁バリア層と、を含み、それから本質的に構成され、またはそれから構成される。レーザパッケージは、ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザパッケージは、（ｉ）ビーム発振器の上に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導上側レーザクーラーと、（ｉｉ）ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、レーザパッケージの下に配置される。バリア層は、レーザパッケージと冷却プレートとの間に配置される。電気絶縁バリア層は、その間に隙間を有する複数の離散的な領域部分を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。

本発明の実施の形態は、次の１つまたは複数を、いずれかの種類の組み合わせにおいて、含んでもよい。発振器は、複数の離散的ビームを発振するように構成されるダイオードバーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。上側レーザクーラー及び／または下側レーザクーラーは、銅を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。バリア層は、窒化アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザ装置は、冷却プレートの上に配置された及び／または冷却プレートに取り付けられた第２レーザパッケージを含んでもよい。バスバーは、レーザパッケージを第２レーザパッケージに電気的に接続してもよい。第２レーザパッケージは、その内部に配置された第２ビーム発振器を有してもよい。

さらに他の態様において、本発明の実施の形態は、レーザ装置を特徴として、レーザ装置は、ビーム発振器と、レーザパッケージと、レーザパッケージから熱伝導により熱を逃がす熱伝導冷却プレートと、熱インタフェース材料と、バリア層と熱インタフェース材料とを間に挟んでレーザパッケージを冷却プレートに取り付け、ビーム発振器の動作から生じる熱サイクルに応じてレーザパッケージの運動を可能にするファスナーと、を含み、それから本質的に構成され、またはそれから構成される。レーザパッケージは、ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザパッケージは、（ｉ）ビーム発振器の上に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導上側レーザクーラーと、（ｉｉ）ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、レーザパッケージの下に配置される。熱インタフェース材料は、レーザパッケージと冷却プレートとの間に配置される。熱インタフェース材料の、レーザパッケージと冷却プレートとの間のインタフェースから離れる運動は、減少されてもよい。

本発明の実施の形態は、次の１つまたは複数を、いずれかの種類の組み合わせにおいて、含んでもよい。ファスナーは、弾性部材を含み及び／または機械的に係合する。ファスナーは、弾性部材を圧縮してもよい。弾性部材は、レーザパッケージの熱誘発膨張に応じて追加的に圧縮されるように構成されてもよい。ファスナーは、１つまたは複数のネジを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。弾性部材は、少なくとも１つのバネを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。発振器は、複数の離散的ビームを発振するように構成されるダイオードバーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。上側レーザクーラー及び／または下側レーザクーラーは、銅を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。熱インタフェース材料は、ゲル、はんだ、ペーストまたは液体を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。熱インタフェース材料は、相変化材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザ装置は、冷却プレートの上に配置された及び／または冷却プレートに取り付けられた第２レーザパッケージを含んでもよい。バスバーは、レーザパッケージを第２レーザパッケージに電気的に接続してもよい。第２レーザパッケージは、その内部に配置された第２ビーム発振器を有してもよい。

他の態様において、本発明の実施の形態は、レーザ装置を特徴として、レーザ装置は、ビーム発振器と、レーザパッケージと、レーザパッケージから熱伝導により熱を逃がす熱伝導冷却プレートと、レーザパッケージと冷却プレートとの間の電気伝導を抑制する電気絶縁バリア層と、第１熱インタフェース材料と、第２熱インタフェース材料と、を含み、それから本質的に構成され、またはそれから構成される。レーザパッケージは、ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザパッケージは、（ｉ）ビーム発振器の上に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導上側レーザクーラーと、（ｉｉ）ビーム発振器の下に配置され、ビーム発振器に熱的に接触している熱伝導下側レーザクーラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、レーザパッケージの下に配置される。バリア層は、レーザパッケージと冷却プレートとの間に配置される。第１熱インタフェース材料は、レーザパッケージとバリア層との間に配置される。第２熱インタフェース材料は、バリア層と冷却プレートとの間に配置される。

本発明の実施の形態は、次の１つまたは複数を、いずれかの種類の組み合わせにおいて、含んでもよい。発振器は、複数の離散的ビームを発振するように構成されるダイオードバーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。上側レーザクーラー及び／または下側レーザクーラーは、銅を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。冷却プレートは、アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。バリア層は、窒化アルミニウムを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。第１熱インタフェース材料及び／または第２熱インタフェース材料は、ゲル、はんだ、ペーストまたは液体を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。第１熱インタフェース材料及び／または第２熱インタフェース材料は、相変化材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザ装置は、冷却プレートの上に配置された及び／または冷却プレートに取り付けられた第２レーザパッケージを含んでもよい。バスバーは、レーザパッケージを第２レーザパッケージに電気的に接続してもよい。第２レーザパッケージは、その内部に配置された第２ビーム発振器を有してもよい。電気絶縁バリア層は、その間に隙間を有する複数の離散的な部分を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。電気絶縁バリア層は、レーザパッケージと冷却プレートとの間で、隙間なく伸びる１つまたは複数の層を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。第１熱インタフェース材料及び第２熱インタフェース材料は、同じ材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。第１熱インタフェース材料及び第２熱インタフェース材料は、異なる材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。

これら及び他の目的は、本明細書にて開示される本発明の利点及び特徴とともに、後続の説明、添付の図面及び請求項の参照によって、より明確になる。さらに、本明細書にて説明される様々な実施の形態の特徴は、相互に排他的でなく、様々な組み合わせ及び順列として存在してもよいと理解されよう。本明細書にて使用されるように、用語「略」、「おおよそ」、及び「実質的に」は、±１０％を意味し、ある実施の形態では±５％を意味する。用語「実質的に構成する」は、本明細書にて特に定義されない限り、機能に貢献する他の材料を排除することを意味する。しかしながら、このような他の材料は、併せてまたは個別に、微量で存在してもよい。例えば、１つまたは複数の材料から「本質的に構成される」構造は、１つまたは複数の材料及び意図しない不純物（例えば、意図的に導入していない及び／または機能に貢献するには不十分な濃度において存在する不純物であり、このような不純物は化学的分析によって検出可能であってもよい）を含んでもよい。本明細書にて、用語「放射線」及び「光」は、特に断りのない限り、置換可能に使用されている。本明細書にて、「下流」または「光学的に下流」は、光ビームが第１要素に当たった後に当たる第２要素の相対的位置を示すように使用され、第１要素は第２要素に対して「上流」または「光学的に上流」である。本明細書にて、２つの要素の間の「光学的距離」は光ビームが実際に移動する２つの要素の間の距離であり、光学的距離は、２つの要素の間の物理的距離であってもよいが、例えば、ミラーからの反射、または１つの要素から他の要素に移動する光が経験する伝播方向における他の変更によって、必ずしもそうでない。

図面において、類似の参照記号は、一般的に、異なる図面を通じて同一の部品を示す。さらに、図面は必ずしも縮尺があっているものでなく、一般的に、本発明の原理を示すことが強調されている。後続の説明において、本発明の様々な実施の形態は、後続の図面に対する参照と共に説明される。

本発明の実施の形態による例示的なレーザパッケージの透視図 図１のレーザパッケージの分解図 本発明の実施の形態による冷却プレートに設置された例示的なレーザパッケージを示す図 本発明の実施の形態による冷却プレートに設置された例示的なレーザパッケージ概略断面図 本発明の実施の形態による分割された電気絶縁バリアの概略上面図 本発明の実施の形態によるパッケージされたレーザを含む波長合成レーザシステムの概略図

図１及び図２は、本発明の実施の形態によって使用される例示的なレーザパッケージ１００を示す。図示されるように、レーザパッケージ１００において、ビーム発振器１０５は、下側レーザクーラー１１０と上側レーザクーラー１１５とに挟まれている。ビーム発振器１０５は、例えば、レーザダイオード、ダイオードバー、レーザダイオードのアレー、ダイオードバーのアレー、または１つまたは複数の垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬｓ）を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。レーザクーラー１１０、１１５は、ビーム発振器１０５に熱的に接続され、それそれ、ビーム発振器１０５の１つの電極（即ち、アノード及びカソード）に電気的に接続される。例えば、下側レーザクーラー１１０は、ビーム発振器１０５のアノードに電気的に接続されてもよく、上側レーザクーラー１１５はビーム発振器１０５のカソードに電気的に接続されてもよく、またはその逆でもよい。レーザクーラー１１０、１１５は、通常、高い熱伝導性及び高い電気伝導性を有し、よって、様々な実施の形態において、レーザクーラー１１０、１１５は銅、銀、または金等の１つまたは複数の金属を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。電気絶縁層及び／または材料は、レーザクーラー１１０、１１５（またはその部分）の間に配置されてもよく、よって、その間の唯一の電気接続は、ビーム発振器１０５自体を通じてのみである。

１つまたは両方のレーザクーラー１１０、１１５は、２０１５年３月２４日に出願された、米国特許出願第１４／６６６，４３８号に記載される特徴及び／または材料を含んでもよく、本出願の開示の全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。１つまたは両方のレーザクーラー１１０、１１５及び／またはレーザパッケージ１００は、２０１７年６月２０日に出願された、米国特許出願第１５／６２７，９１７号に記載されるように液体によって能動的に冷却されてもよく、本出願の開示の全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。

図３は、レーザパッケージ１００が冷却プレート３００上に設置される本発明の例示的実施の形態を示す。図示されるように、電気絶縁バリア３１０は、レーザパッケージ１００と冷却プレート３００との間に配置されてもよく、熱インタフェース材料３２０は、レーザパッケージ１００と電気絶縁バリア３１０との間に配置されてもよい。様々な実施の形態において、熱インタフェース材料の追加層は、電気絶縁バリア３１０と冷却プレート３００との間に配置されてもよい。様々な実施の形態において、熱インタフェース材料のいずれかまたは両方は、例えば、金属製の液体またはペースト（例えば、インジウムを含む、それから本質的に構成される、またはそれから構成される液体またはペースト）、及び／または熱伝導性、電気絶縁性固体フィルムまたはホイル（例えば、窒化ホウ素等の１つまたは複数のフィラー材料を含むシリコーンを含む、それから本質的に構成される、またはそれから構成されるフィルムまたはホイル）を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。

冷却プレート３００は、銅、アルミニウム及び／または銀等の１つまたは複数の熱伝導性材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。様々な実施の形態において、冷却プレートは、レーザパッケージ１００に能動的な冷却を提供するように、冷却流体（例えば、水またはグリコール）の流れのための凹部及び／または通路（図３に図示せず）をその内部において含んでもよくまたは画定してもよい。冷却源及び冷却シンクは、冷却通路に接続されてもよく、冷却貯蔵部（reservoir）、及び例えば、熱交換器は、冷却通路に流体的に接続されてもよく、そこに冷媒を供給してもよい。このような冷却システムは、従来からあり、過度な実験なく、本発明の実施の形態とともに使用されてもよい。冷却プレート３００の内部の冷却通路は、簡単な導管及び／または導管または曲げ、枝分かれ等の複雑な特徴を含む導管ネットワークであってもよい。

様々な実施の形態において、電気絶縁バリア３１０は、省略されてもよく、熱インタフェース材料３２０の単一の層のみがレーザパッケージ１００と冷却プレート３００との間に配置されてもよい。例えば、冷却プレートは、電気的抵抗を有してもよく、またはその上に電気絶縁層が配置されてもよく、及び／または下側レーザクーラー１１０は、レーザパッケージ１００から冷却プレート３００への電気伝導を防止するように、少なくとも下側の表面に配置される電気絶縁層を有してもよい。

図３に示すように、下側レーザクーラー１１０と上側レーザクーラー１１５は、例えば、ネジ等の１つまたは複数のファスナー３３０によって、互いに取り付けられてもよい。様々な実施の形態において、ファスナーは、冷却プレート３００に画定される貫通孔に延びて、冷却プレート３００の貫通孔に画定される補完的なスレッド（ねじ山）と係合するようにスレッド（ねじ切り）されてもよい。さらに図３に示すように、複数のレーザパッケージ１００が共有の冷却プレート３００に取り付けられる実施の形態において、レーザパッケージ１００は、１つまたは複数のバスバー３４０によって、互いに電気的に接続されてもよい。例えば、図示されるように、レーザクーラー１１０、１１５は、バスバー３４０が接続される電気伝導ポストを含んでもよくまたはそこに取り付けられてもよい。バスバー３４０は、銅等の金属等の電気伝導性材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。様々な実施の形態において、バスバー３４０は、最小の抵抗損失と共にレーザパッケージ１００から電流を運ぶように構成される（例えば、そのような寸法及び形状を有する）。図３に示すように、隣接するレーザパッケージ１００は、直列において電気的に接続されてもよい、即ち、１つのレーザパッケージからの上側レーザクーラーは（よって対応するビーム発振器の１つの電極も）、次のレーザパッケージからの下側レーザクーラーに（よって次のビーム発振器の対向する電極にも）接続されてもよい。バスバー３４０は、レーザパッケージ１００を他の電子装置及び／または電気パワー源（例えば、電流源）に接続するように使用されてもよい。

図３に示すように、本発明の様々な実施の形態において、（下側レーザクーラー１１０と上側レーザクーラー１１５との間に配置され、図３において、明確に示していないが）ビーム発振器１０５は、ファスト軸コリメータ（ＦＡＣ）／光学ツイスタ（optical twister）マイクロレンズアセンブリと関連し（例えば、取り付けられまたは他の方法で光学的に結合され）、ファスト軸コリメータ（ＦＡＣ）／光学ツイスタマイクロレンズアセンブリは、ビームのファスト軸及びスロー軸を９０°回転させつつ、発振されるビームのファスト軸をコリメートし、よって、発振される各ビームのスロー軸は、マイクロレンズアセンブリの下流側のＷＢＣ寸法に直交する。図示されるように、マイクロレンズアセンブリは、ＦＡＣ３５０、及びホルダ３７０によって機械的に支持されてもよい光学ツイスタ（または光学ローテータ）３６０を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。マイクロレンズアセンブリは、ＷＢＣ実施の形態において、ビーム発振器１０５（及び／またはレーザ装置における他のビーム発振器）から発振器の主光線を、単一マルチ波長ビームに結合するように、下流側の拡散要素に向かって集光する。適切なマイクロレンズアセンブリは、２０１１年３月７日に出願された米国特許第８，５５３，３２７号と、２０１５年６月８日に出願された米国特許第９，７４６，６７９号とに記載され、各出願の開示の全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。

図４は、本発明の実施の形態による冷却プレート３００に取り付けられたレーザパッケージ１００の概略断面図である。図示されるように、本発明の実施の形態は、レーザパッケージ１００と電気絶縁バリア３１０との間に配置された第１熱インタフェース材料３２０－１と共に、電気絶縁バリア３１０と冷却プレート３００との間に配置された第２熱インタフェース材料３２０－２を特徴とする。様々な実施の形態において、熱インタフェース材料３２０－１、３２０－２は、同一の材料を含み、それから本質的に構成され、またはそれから構成されるが、他の実施の形態において、熱インタフェース材料３２０－１、３２０－２は、異なる材料を含み、それから本質的に構成され、またはそれから構成される。様々な実施の形態において、電気絶縁バリア３１０は、後述のように離散的部分に分割されてもよい。よって、本発明の実施の形態において、電気絶縁バリア３１０は、レーザパッケージ１００と冷却プレート３００との間のインタフェースの全面積を占めなくてもよい。

図４に示すように、バネ４００は、ファスナー３３０の上部分（例えば、ヘッド）とレーザパッケージ１００との間に配置されてもよく、よって、例えば、ビーム発振器１０５の動作に関連した熱サイクルの間において、レーザパッケージ１００が自由に移動（例えば、膨張及び／または収縮）することを可能にする。例えば、レーザパッケージ１００は、短手方向または長手方向に（即ち、インタフェースに沿って）及び／または横方向に（即ち、インタフェースから離れるように、例えば、直交して）移動、膨張、及び／または収縮してもよい。様々な実施の形態において、バネ４００は、金属（例えば、ステンレス鋼）、金属合金、または耐高温ポリマー、フロロポリマー、エラストマー、またはプラスチック材料を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。様々な実施の形態において、バネ４００は電気伝導性または電気絶縁性であってもよい。様々な実施の形態において、電気絶縁バリア層またはバリア材料は、バネ４００とレーザパッケージ１００との間に配置されてもよく、その間での電気伝導を防止する。例えば、電気絶縁材料（例えば、熱可塑性またはポリエーテルイミド等のポリマー材料）を含み、それから本質的に構成され、またはそれから構成されるワッシャーは、ファスナー３３０の上または周囲、及び／またはバネ４００とレーザパッケージ１００との間に配置されてもよい。

本明細書にて使用されるように、用語「バネ」は、機械的エネルギを可逆的に蓄える任意の弾性対象物、部材、または物体を含む。例示的なバネ４００は、コイルバネ、波バネ、ディスクバネ、リーフバネ、ベリビル（Belleville）バネ（即ち、円錐状のディスクバネ）、及び／またはベローズ（bellows）を含む。バネ４００は、本明細書にて考慮されるように圧縮及び／または引張されると、フックの法則によって動作してもよく、バネ定数ｋによって特徴付けられてもよい。様々な実施の形態において、よって、バネ４００は、自然長（rest length）から圧縮ｘ_ｎで圧縮されると（ｘ_ｎはフックの法則が適用される変形範囲内であると）、ノミナル力Ｆ_ｎ＝Ｋ×ｘ_ｎを負荷するように構成される。バネ４００は、よって、熱インタフェース材料３２０（１つまたは両方が存在する場合、例えば、熱インタフェース材料３２０－１及び／または３２０－２）を圧縮し、レーザパッケージ１００と冷却プレート３００との間で熱接触を維持する。

加えて、様々な実施の形態において、バネ４００は、レーザパッケージ１００の通常の熱サイクルΔＴ（即ち、温度変化）において、バネ４００によって負荷される力が、力Ｆ_ｎより略１００％大きくならない（即ち、力Ｆ_ｎの２倍より大きくならない）ように、構成される（例えば、バネ定数ｋ及び／またはノミナル圧縮ｘ_ｎは選択される）。即ち、様々な実施の形態において、熱サイクルは、バネ４００によって負荷される力（即ち、加熱されていない、例えば、常温において）を、略１００％より大きくするために充分なバネ４００の追加の圧縮を生じさせない。ある実施の形態において、バネ４００によって負荷される力は、Ｆ_ｎより略５０％より大きくなく、または略１０％以上大きくない。レーザパッケージ１００の熱膨張によって生じるバネ４００の圧縮は、Δｘ＝ＣＴＥ×ΔＴ×ｘ_ｎであってもよく、ＣＴＥは、レーザパッケージ１００のＣＴＥを示す。例えば、図示される例示において、複数のベリビルバネに対応するバネ４００のノミナル圧縮ｘ_ｎは略２００μｍであり、バネ定数ｋは略３．２８×１０^６Ｎ／ｍである。１０ｍｍの高さｈを有するビーム発振器、及び（略１６ｐｐｍのＣＴＥを有する）銅によって構成されるレーザパッケージ、１００°ＣのΔＴにおいて、追加的熱圧縮は、Δｘ＝ＣＴＥ×ΔＴ×ｈ＝略１６μｍに対応する。よって、熱サイクルにおいてバネ４００によって負荷される追加力は、ΔＦ＝ｋ×Δｘ＝略５２．５Ｎである。バネ４００のノミナル圧縮によると、ノミナル力Ｆ_ｎは、ｋ×Δｘ_ｎ＝略６５６Ｎである。したがって、熱サイクルにおいてバネ４００によって負荷される力は、この図示される例示において、ΔＦ／Ｆ_ｎ、即ち略８％である。

本発明の様々な実施の形態において、よって、ファスナー３３０と併せたバネ４００の使用は、レーザパッケージ１００と冷却プレート３００との間のインタフェースから熱インタフェース材料３２０の熱ポンピング及び付随する損失を減少または実質的に排除できる。即ち、インタフェースからの熱インタフェース材料３２０の運動または損失は、（即ち、バネ４００を有しないファスナーが使用され、及び／またはレーザパッケージ１００の熱誘発運動が制限または抑制されている場合と比較して）減少、または実質的に排除される。様々な実施の形態において、バネ４００は、ファスナー３３０から分離され、及びその周囲に配置され、他の実施の形態において、バネ４００は、ファスナー３３０に取り付けられ、またはその一部を構成する。冷却プレート３００内に延びるファスナー３３０の部分の全体または一部は、スレッド（ねじ切り）されてもよく、冷却プレート３００に画定される貫通孔は、ファスナー３３０の固定のために補完的にスレッド（ねじ切り）されてもよい。ファスナー３３０は、例えば、ステンレス鋼等の金属を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、または構成されてもよい。電気絶縁コーティングまたは層は、ファスナー３３０の外側表面に配置されてもよく、ファスナー３３０を通じてレーザシステムの様々な要素の間の電気接続または短絡を抑制する。

ファスナー３３０と併せたバネ４００の使用に加えてまたは代わりに、本発明の実施の形態によるレーザシステムは、電気絶縁バリア３１０を含んでもよく、電気絶縁バリア３１０は、（例えば、電気絶縁バリアとビーム発振器及び／またはレーザパッケージとの間のＣＴＥの不一致による）熱ポンピング効果の低減のため、複数の離散的領域に分割される。図５は、図４において電気絶縁バリア３１０に対応してもよい分割された電気絶縁バリア５００の概略上面図である。図示されるように、電気絶縁バリア５００は、その間の隙間５２０によって分離される２つまたは３つ以上の離散的部分５１０に分割されてもよい。様々な実施の形態において、レーザシステムの熱サイクルにおいて、各部分５１０は、他の部分から独立して、例えば、ＣＴＥの不一致によって誘発されるポンピングに応じて、膨張してもよい。よって、電気絶縁バリア５００の合計膨張または動作は、単位長さ（例えば、図５に示す例示的な実施の形態においては、ｄＬ／Ｌ）における部分５１０の数に対応するファクタによって減少されてもよい。熱インタフェース材料３２０－１及び／または熱インタフェース材料３２０－２の熱誘発ポンピングは、略同じファクタによって減少されてもよい。様々な実施の形態において、部分５１０は、等間隔で配置されなくてもよく、即ち、隙間５２０の幅は変化してもよい。さらに、部分５１０の大きさは、電気絶縁バリア５００の面積にわたって変化してもよい。例えば、より高い最大温度及び／またはより大きい熱サイクルを受けるレーザパッケージ１００の領域の下に配置される電気絶縁バリア５００の領域は、電気絶縁バリア５００の他の部分と比較してより小さい部分５１０に分割されてもよい。様々な実施の形態において、部分の間の隙間５２０は、より高い最大温度及び／またはより大きい熱サイクルを受けるレーザパッケージ１００の領域（例えば、ビーム発振器の直下）の下において、電気絶縁バリアの他の部分と比較して異なってもよい（小さくてもまたは大きくてもよい）。

様々な実施の形態において、電気絶縁バリア５００は、複数の離散的部分５１０として、レーザパッケージ１００と冷却プレート３００との間で（例えば、１つまたは両方の熱インタフェース材料３２０－１、３２０－２が存在して）適用されてもよい。他の実施の形態において、電気絶縁バリア５００は、インタフェースにおいて、単一の一様な層として適用され、材料の部分は、離散的部分５１０の間の隙間５２０を形成するように除去される。例えば、材料の１つまたは複数の部分は、エッチング（例えば、残りの領域をマスクした後）によって除去されてもよい。様々な実施の形態において、１つまたは複数の部分５１０は、レギュラー（regular）形状（例えば、正方形、他の多角形、または円）を有してもよく、１つまたは複数の部分５１０は、非レギュラー（irregular）形状を有してもよい。同様に、隙間５２０は、全長において、一様な幅を有せず、規則的にまたは不規則的なパターンにおいて、幅が変化してもよい。図５に示すように、上面図を見ると、１つまたは複数の、または全ての部分５１０は、部分５１０の辺の全ては略同じ長さを有する正多角形（または円形）であってもよい。（即ち、様々な実施の形態において、部分５１０は、小さい空間内への液体またはゲル材料の押圧またこのような材料の導入によって生じる非レギュラーな形状から異なる形状を有する。）様々な実施の形態において、側面または断面を見ると、各部分５１０は、その横方向にわたって実質的に同じ厚みを有してもよく（及び２つまたは３つ以上、または全ての部分５１０は、互いと実質的に同じ厚みを有し）、及び／または部分５１０の側壁は、互いに平行でもよい部分５１０の上及び下の表面に対して実質的に直交してもよい。様々な実施の形態において、１つまたは複数の（または全ての）部分５１０は、クーラー１１０の横寸法（例えば、長さまたは幅）の全体にわたって延びてもよく（例えば、「ストリップ（strips）」または「縞（stripes）」として）、一方で、１つまたは複数の他の部分がより小さくてもよい。様々な実施の形態において、１つまたは複数の部分５１０の一部は、例えば、図３及び図４に示すように、クーラー１１０の下から突出して延びてもよい。

様々な実施の形態において、分割された電気絶縁バリア５００は、熱インタフェース材料３２０－１及び／または熱インタフェース材料３２０－２と共に使用される。熱インタフェース材料３２０－１及び／または熱インタフェース材料３２０－２は、１つまたは複数の隙間５２０内において、レーザパッケージ１００と冷却プレート３００との間で意図しない電気接続を抑制するように、電気絶縁性を有する。様々な実施の形態において、柔軟または可撓性材料（例えば、柔軟なエポキシ）は、レーザパッケージ１００と冷却プレート３００との間の意図しない電気伝導を抑制するように、１つまたは複数の隙間５２０に配置されてもよい。

様々な実施の形態において、熱インタフェース材料３２０（例えば、熱インタフェース材料３２０－１及び／または熱インタフェース材料３２０－２）及び／または接触している要素の部分は、例えば、２０１６年１月２６日に出願された米国特許出願第１５／００６，７３３号に記載されるように、熱インタフェース材料のクリープまたは移動をさらに最小化または抑制するようにシーリング材料によってシールされてもよく、上記出願の開示の全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。

本発明の実施の形態によるパッケージされたレーザは、ＷＢＣレーザシステムにおいて使用されてもよい。図６は、パッケージされたレーザ６０５を使用する例示的なＷＢＣレーザシステム６００を示す。パッケージされたレーザ６０５は、本明細書にて説明されるように、例えば、レーザパッケージ１００を含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよく、レーザパッケージ１００は、本明細書にて説明されるように、冷却プレート３００上に配置されてもよい。図６の例示において、レーザ６０５は、ビーム６１０を発振する４つのビーム発振器を有するダイオードバーを特徴とする（拡大入力図６１５参照）が、本発明の実施の形態は、任意の個数の個別ビームを照射するダイオードバーまたは２次元アレーまたはダイオードのスタックまたはダイオードバーを使用してもよい。拡大入力図６１５において、各ビーム６１０は線によって示され、線の長さまたは長手方向の寸法が、ビームをゆっくり発散させる寸法を示し、線の高さまたは短手方向の寸法が、ビームを速く発散させる寸法を示す。コリメーション光学系６２０は、ビームを速く発散させる寸法に沿ってそれぞれのビーム６１０をコリメートするために使用されてもよい。変換光学系６２５は、ＷＢＣ方向６３０に沿ってそれぞれのビーム６１０を合成するために使用され、１つまたは複数のシリンドリカル状または球面状のレンズ及び／またはミラーを含んでもよく、それから本質的に構成されてもよく、またはそれから構成されてもよい。変換光学系６２５は、合成されたビームを分散要素６３５（例えば、反射的または透過的回折格子等の回折格子）上に重ねて、合成されたビームは単一出力プロファイルとして出力カプラ６４０上に伝播される。出力前面図６５０に示すように、出力カプラ６４０は、合成されたビーム６４５を透過させる。出力カプラ６４０は、一般的に部分的に反射性を有し、この外部キャビティシステム６００内の全レーザ要素のための共通の前面として機能する。外部キャビティは、第２ミラーが、それぞれのレーザ発振器の照射開口または面からある距離離れて配置されるレーザシステムである。ある実施の形態においては、追加の光学系が、照射開口または面と、出力カプラまたは部分的に反射性を有する表面との間に配置される。

本明細書にて使用される用語及び表現は、限定ではなく、説明の用語として使用され、このような用語及び表現の使用において、示された及び説明された特徴と同等なものを除外する意図はなく、様々な改造は請求項に記載されている発明の範囲内で可能であると認めている。

Claims (26)

1. レーザ装置であって、
   ビーム発振器と、
   （ｉ）前記ビーム発振器の上に配置され、前記ビーム発振器に熱的に接触している上側レーザクーラーと、（ｉｉ）前記ビーム発振器の下に配置され、前記ビーム発振器に熱的に接触している下側レーザクーラーとを含むレーザパッケージと、
   前記レーザパッケージの下に配置され、前記レーザパッケージから熱伝導により熱を逃がす冷却プレートと、
   前記レーザパッケージと前記冷却プレートとの間に配置され、前記レーザパッケージと前記冷却プレートとの間で電気伝導を抑制する第１バリア層と、
   前記レーザパッケージと前記第１バリア層との間に配置される、第１熱インタフェース材料と、
   前記第１バリア層と前記冷却プレートとの間に配置される、第２熱インタフェース材料と、
   前記第１バリア層と前記第１熱インタフェース材料と前記第２熱インタフェース材料とを間に挟んで、前記レーザパッケージを前記冷却プレートに取り付け、前記ビーム発振器の動作から生じる熱サイクルに応じて前記レーザパッケージの運動を可能にする手段と、
   を備え、
   前記手段によって、前記レーザパッケージと前記冷却プレートとの間のインタフェースから離れる前記第１熱インタフェース材料と前記第２熱インタフェース材料との運動が、減少され、
   前記手段は、弾性部材を有し、
   前記弾性部材は、少なくとも１つのバネを有し、
   前記レーザパッケージと前記バネとの間に、前記レーザパッケージと前記バネとの間の電気伝導を防止する第２バリア層が配置され、
   前記第１バリア層は、間に空いた隙間を有する複数の離散的部分を有し、
   前記第１熱インタフェース材料及び前記第２熱インタフェース材料は、電気絶縁性固体フィルムまたはホイルから構成される、装置。
2. 前記手段は、ファスナーをさらに有し、
   前記ファスナーは、前記レーザパッケージを前記冷却プレートに取り付け、前記弾性部材を圧縮し、
   前記弾性部材は、前記レーザパッケージの熱誘発膨張に応じて追加的に圧縮されるように構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記ファスナーは、ネジを有する、請求項２に記載の装置。
4. 前記ビーム発振器は、複数の離散的ビームを発振するように構成されるダイオードバーを有する、請求項１に記載の装置。
5. 前記上側レーザクーラーまたは前記下側レーザクーラーの少なくとも１つは、銅を有する、請求項１に記載の装置。
6. 前記冷却プレートは、アルミニウムを有する、請求項１に記載の装置。
7. 前記第１バリア層は、窒化アルミニウムを有する、請求項１に記載の装置。
8. 前記冷却プレート上に配置される第２レーザパッケージと、
   前記第２レーザパッケージに前記レーザパッケージを電気的に接続するバスバーと、をさらに有する、請求項１に記載の装置。
9. 前記ビーム発振器の直下における前記レーザパッケージの領域に近位に配置される前記離散的部分は、他の前記離散的部分より小さい、請求項１に記載の装置。
10. 前記第１熱インタフェース材料と前記第２熱インタフェース材料とは同一の材料を有する、請求項１に記載の装置。
11. 前記第１熱インタフェース材料と前記第２熱インタフェース材料とは異なる材料を有する、請求項１に記載の装置。
12. 前記熱サイクルにおいて前記バネによって負荷される力は、常温において前記バネによって負荷される力の２倍以下である、請求項１に記載の装置。
13. レーザ装置であって、
    ビーム発振器と、
    （ｉ）前記ビーム発振器の上に配置され、前記ビーム発振器に熱的に接触している上側レーザクーラーと、（ｉｉ）前記ビーム発振器の下に配置され、前記ビーム発振器に熱的に接触している下側レーザクーラーとを含むレーザパッケージと、
    前記レーザパッケージの下に配置され、前記レーザパッケージから熱伝導により熱を逃がす冷却プレートと、
    前記レーザパッケージと前記冷却プレートとの間に配置され、前記レーザパッケージと前記冷却プレートとの間で電気伝導を抑制する第１バリア層と、
    （ｉ）前記レーザパッケージと前記第１バリア層との間に配置され、または（ｉｉ）前記第１バリア層と前記冷却プレートとの間に配置される、熱インタフェース材料と、
    前記第１バリア層と前記熱インタフェース材料とを間に挟んで、前記レーザパッケージを前記冷却プレートに取り付け、前記ビーム発振器の動作から生じる熱サイクルに応じて前記レーザパッケージの運動を可能にする手段と、
    を備え、
    前記手段によって、前記レーザパッケージと前記冷却プレートとの間のインタフェースから離れる前記熱インタフェース材料との運動が、減少され、
    前記手段は、少なくとも１つのバネを有し、
    前記レーザパッケージと前記バネとの間に、前記レーザパッケージと前記バネとの間の電気伝導を防止する第２バリア層が配置され、
    前記第１バリア層は、間に空いた隙間を有する複数の離散的部分を有し、
    前記熱インタフェース材料は、電気絶縁性固体フィルムまたはホイルから構成される、装置。
14. 前記熱サイクルにおいて前記バネによって負荷される力は、常温において前記バネによって負荷される力の２倍以下である、請求項１３に記載の装置。
15. レーザ装置であって、
    ビーム発振器と、
    （ｉ）前記ビーム発振器の上に配置され、前記ビーム発振器に熱的に接触している上側レーザクーラーと、（ｉｉ）前記ビーム発振器の下に配置され、前記ビーム発振器に熱的に接触している下側レーザクーラーとを含むレーザパッケージと、
    前記レーザパッケージの下に配置され、前記レーザパッケージから熱伝導により熱を逃がす冷却プレートと、
    前記レーザパッケージと前記冷却プレートとの間に配置され、前記レーザパッケージと前記冷却プレートとの間で電気伝導を抑制する第１バリア層と、
    前記レーザパッケージと前記第１バリア層との間に配置される、第１熱インタフェース材料と、
    前記第１バリア層と前記冷却プレートとの間に配置される、第２熱インタフェース材料と、
    前記第１バリア層と前記第１熱インタフェース材料と前記第２熱インタフェース材料とを間に挟んで、前記レーザパッケージを前記冷却プレートに取り付け、前記ビーム発振器の動作から生じる熱サイクルに応じて前記レーザパッケージの運動を可能にするファスナーと、
    を備え、
    前記ファスナーによって、前記レーザパッケージと前記冷却プレートとの間のインタフェースから離れる前記第１熱インタフェース材料と前記第２熱インタフェース材料との運動が、減少され、
    前記ファスナーには、電気伝導を防止する第２バリア層が配置され、
    前記第１バリア層は、間に空いた隙間を有する複数の離散的部分を有し、
    前記第１熱インタフェース材料及び前記第２熱インタフェース材料は、電気絶縁性固体フィルムまたはホイルから構成される、装置。
16. 前記ファスナーは、弾性部材を含み、または弾性部材と機械的に係合し、
    前記ファスナーは、前記弾性部材を圧縮し、
    前記弾性部材は、前記レーザパッケージの熱誘発膨張に応じて追加的に圧縮されるように構成される、請求項１５に記載の装置。
17. 前記弾性部材は、少なくとも１つのバネを有する、請求項１６に記載の装置。
18. 前記熱サイクルにおいて前記バネによって負荷される力は、常温において前記バネによって負荷される力の２倍以下である、請求項１７に記載の装置。
19. 前記ファスナーは、ネジを有する、請求項１５に記載の装置。
20. 前記第１熱インタフェース材料と前記第２熱インタフェース材料とは同一の材料を有する、請求項１５に記載の装置。
21. 前記第１熱インタフェース材料と前記第２熱インタフェース材料とは異なる材料を有する、請求項１５に記載の装置。
22. レーザ装置であって、
    ビーム発振器と、
    （ｉ）前記ビーム発振器の上に配置され、前記ビーム発振器に熱的に接触している上側レーザクーラーと、（ｉｉ）前記ビーム発振器の下に配置され、前記ビーム発振器に熱的に接触している下側レーザクーラーとを含むレーザパッケージと、
    前記レーザパッケージの下に配置され、前記レーザパッケージから熱伝導により熱を逃がす冷却プレートと、
    前記レーザパッケージと前記冷却プレートとの間に配置され、前記レーザパッケージと前記冷却プレートとの間で電気伝導を抑制する第１バリア層と、
    （ｉ）前記レーザパッケージと前記第１バリア層との間に配置され、または（ｉｉ）前記第１バリア層と前記冷却プレートとの間に配置される、熱インタフェース材料と、
    前記第１バリア層と前記熱インタフェース材料とを間に挟んで、前記レーザパッケージを前記冷却プレートに取り付け、前記ビーム発振器の動作から生じる熱サイクルに応じて前記レーザパッケージの運動を可能にするファスナーと、
    を備え、
    前記ファスナーによって、前記レーザパッケージと前記冷却プレートとの間のインタフェースから離れる前記熱インタフェース材料との運動が、減少され、
    前記ファスナーには、電気伝導を防止する第２バリア層が配置され、
    前記第１バリア層は、間に空いた隙間を有する複数の離散的部分を有し、
    前記熱インタフェース材料は、電気絶縁性固体フィルムまたはホイルから構成される、装置。
23. レーザ装置であって、
    ビーム発振器と、
    （ｉ）前記ビーム発振器の上に配置され、前記ビーム発振器に熱的に接触している上側レーザクーラーと、（ｉｉ）前記ビーム発振器の下に配置され、前記ビーム発振器に熱的に接触している下側レーザクーラーとを含むレーザパッケージと、
    前記レーザパッケージの下に配置され、前記レーザパッケージから熱伝導により熱を逃がす冷却プレートと、
    前記レーザパッケージと前記冷却プレートとの間に配置され、前記レーザパッケージと前記冷却プレートとの間で電気伝導を抑制する第１バリア層と、
    前記レーザパッケージと前記第１バリア層との間に配置される、第１熱インタフェース材料と、
    前記第１バリア層と前記冷却プレートとの間に配置される、第２熱インタフェース材料と、
    を備え、
    前記第１バリア層は、間に空いた隙間を有する複数の離散的部分を有し、
    前記第１熱インタフェース材料及び前記第２熱インタフェース材料は、電気絶縁性固体フィルムまたはホイルから構成される、装置。
24. 前記第１熱インタフェース材料と前記第２熱インタフェース材料とは同一の材料を有する、請求項２３に記載の装置。
25. 前記第１熱インタフェース材料と前記第２熱インタフェース材料とは異なる材料を有する、請求項２３に記載の装置。
26. 前記ビーム発振器の直下における前記レーザパッケージの領域に近位に配置される前記離散的部分は、他の前記離散的部分より小さい、請求項２３に記載の装置。

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