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GEBIET DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Optikbaugruppen und bezieht sich insbesondere auf Laserbaugruppen und dazugehörige Verfahren.
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HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
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Herkömmliche Laseranordnungen werden unter Verwendung eines UVhärtenden Epoxids zusammengesetzt. Die Komponenten der Laserbaugruppe, einschließlich Linse, Kollimatoren und Korrekturoptiken, werden an der gewünschten Stelle relativ zueinander angeordnet, und ein Epoxidkleber wird auf die Kontaktpunkte zwischen den Komponenten aufgebracht. So kann z.B. bei herkömmlichen Baugruppen Epoxid verwendet werden, um Wellenlängenstabilisierungsoptiken, wie etwa Volumen-Bragg-Gitter (VBG), üblicherweise ausgehend von deren Seitenflächen anzubringen. Sobald das Epoxid aufgetragen und das Bauteil richtig positioniert wurde, wird UV-Licht verwendet, um das Epoxid an dieser Stelle auszuhärten. Nach dem Aushärten wird das Bauteil freigegeben und die nächste Epoxidverbindung mit dem UV-Licht ausgehärtet, bis die gesamte Baugruppe fertiggestellt ist. Allerdings ist Epoxid in dem großen Temperaturbereich, in dem viele Laseranordnungen betrieben werden müssen, nicht stabil. Viele Laserbaugruppen werden in rauen Umgebungen eingesetzt, die Schwankungen zwischen hohen und niedrigen Temperaturen unterworfen sind. Mit der Zeit kann das Epoxid kriechen, was zu Verschiebungen und Bewegungen der Linse und wiederum zu Fehlausrichtungen der Optik führt. Wenn sich die Linse bewegt, wird die Leistung der Anordnung stark beeinträchtigt oder geht verloren, da das Licht nicht dorthin geht, worauf es zu Beginn wie erforderlich eingestellt war.
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Darüber hinaus kann der Unterschied in der Aushärtung zwischen Epoxiden an verschiedenen Stellen zu Fehlausrichtungen der Optik führen. Wenn beispielsweise Epoxid auf die Seitenflächen des VBG aufgetragen wird, kann das Epoxid auf dem oberen Teil der Seitenfläche mit einer anderen Geschwindigkeit aushärten als das Epoxid auf dem unteren Teil der Seitenfläche oder umgekehrt, wodurch das VBG verschwenkt oder verschoben wird. Dieses Verschwenken oder Verschieben des VBG kann zu einem Neigungswinkel führen, der den beabsichtigten Winkel des VBG stört, was wiederum zu einer Fehlausrichtung der Optik führt.
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Darüber hinaus ist Epoxid dafür bekannt, dass es ausgast. Wenn sich das Epoxid in seinem flüssigen oder viskosen Zustand befindet, befinden sich darin bestimmte Arten von flüchtigen Bestandteilen. Während der Herstellung der Laserbaugruppe versuchen die Hersteller, das Epoxid mit dem UV-Licht schnell auszuhärten, um die Freisetzung der flüchtigen Bestandteile zu verhindern, aber im Laufe der Zeit, auch nach dem Aushärten des Epoxids, sind noch einige dieser flüchtigen Bestandteile darin vorhanden. Diese flüchtigen Bestandteile gasen schließlich aus, und die Chemikalien oder Dämpfe, die aus dem Epoxid austreten, können die Laseranordnung beschädigen, wenn diese Chemikalien oder Dämpfe mit der Laserfacette in Berührung kommen. Einige Hersteller verwenden ein Spülgas im Lasersystem, um sicherzustellen, dass die Chemikalien und Dämpfe, die von dem Epoxid ausgegast werden, ausgespült werden, wodurch ihr Volumen reduziert wird. Andere Hersteller können thermisch aushärtende Epoxide verwenden, die eine geringere Ausgasung aufweisen, wobei jedoch weiterhin eine solche besteht. Während bei diesen Optionen das Volumen der Rückstände, die das Laserarray kontaminieren, reduziert werden kann, beeinflussen sie die Produktionseffizienz der Laserbaugruppen erheblich. Die Aushärtung von thermischem Epoxid kann von 20 Minuten bis über 24 Stunden dauern. In einer Produktionsumgebung ist es unpraktisch, eine Linse nach der anderen zu installieren und sie dann über diese Zeitspanne thermisch auszuhärten und dann zur nächsten Linse zu wechseln. Dementsprechend werden UV-härtende Epoxide aufgrund ihrer schnellen Aushärtezeit ohne Weiteres verwendet.
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Somit besteht in der Branche ein bisher nicht angesprochener Bedarf, die oben genannten Mängel und Unzulänglichkeiten anzusprechen.
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KURZZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen ein System und eine Vorrichtung für eine epoxydfreie Laserbaugruppe bereit. Kurz beschrieben, kann eine Ausführungsform der Baugruppe hinsichtlich des Aufbaus unter anderem wie folgt implementiert werden. Eine Laserbaugruppe weist mindestens eine Laseranordnung auf. Mindestens eine Optikanordnung ist in einem Lichtweg der mindestens einen Laseranordnung angeordnet, wobei die Laserbaugruppe epoxidfrei ist.
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Bei einem Aspekt umfasst die mindestens eine Laseranordnung ferner mehrere Laserdiodenbarren und mehrere Fast-Axis-Kollimatoren, wobei eine Verbindung zwischen den mehreren Laserdiodenbarren und den mehreren Fast-Axis-Kollimatoren jeweils außerdem eine Lötverbindung umfasst.
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Bei diesem Aspekt umfasst die Lötverbindung ferner eine Lasche mit zwei Löchern, wobei Lot innerhalb jedes der beiden Löcher aufgebracht wird.
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Bei diesem Aspekt umfassen Enden der mehreren Laserdiodenbarren ferner eine metallisierte Oberfläche mit darin ausgebildeten beabstandeten, nichtmetallisierten Nuten, wobei das Lot innerhalb eines der beiden Löcher der Lasche in einer Position über der metallisierten Oberfläche aufgebracht wird.
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Bei einem weiteren Aspekt umfasst die mindestens eine Optikbaugruppe ferner mehrere Korrekturoptiken und mehrere Wellenlängenstabilisierungsoptiken, wobei eine Verbindung zwischen den mehreren Korrekturoptiken und den mehreren Wellenlängenstabilisierungsoptiken jeweils außerdem eine Lötverbindung umfasst.
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Bei diesem Aspekt umfasst die Lötverbindung ferner eine Lasche mit zwei Löchern, wobei Lot innerhalb jedes der beiden Löcher aufgebracht wird.
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Bei diesem Aspekt umfassen Enden der mehreren Korrekturoptiken ferner eine metallisierte Oberfläche mit darin ausgebildeten beabstandeten, nichtmetallisierten Nuten, wobei das Lot innerhalb eines der beiden Löcher der Lasche in einer Position über der metallisierten Oberfläche aufgebracht wird.
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Die vorliegende Offenbarung kann auch als Bereitstellung eines Systems und einer Vorrichtung für eine Laserbaugruppe mit mindestens einer Lasche betrachtet werden. Kurz beschrieben kann eine Ausführungsform der Baugruppe hinsichtlich des Aufbaus unter anderem wie folgt implementiert werden. Eine Laserbaugruppe weist mindestens eine Laseranordnung auf. Eine Optikbaugruppe ist in einem Lichtweg der mindestens einen Laseranordnung angeordnet. Die Optikbaugruppe umfasst mindestens eine Korrekturoptik und mindestens eine Wellenlängenstabilisierungsoptik. Die mindestens eine Wellenlängenstabilisierungsoptik ist mit mindestens einer Lasche mit der mindestens einen Korrekturoptik verbunden.
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Bei einem Aspekt umfasst die mindestens eine Wellenlängenstabilisierungsoptik ferner ein VBG.
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Bei einem weiteren Aspekt ist die mindestens eine Lasche mit einem Ende der mindestens einen Wellenlängenstabilisierungsoptik verbunden.
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Bei einem weiteren Aspekt ist die mindestens eine Lasche mit Expoxid mit der mindestens einen Wellenlängenstabilisierungsoptik und der mindestens einen Korrekturoptik verbunden.
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Bei einem weiteren Aspekt ist die mindestens eine Lasche mit Lot mit der mindestens einen Wellenlängenstabilisierungsoptik und der mindestens einen Korrekturoptik verbunden.
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Bei diesem Aspekt umfasst die mindestens eine Lasche darin ferner mindestens zwei Löcher auf, wobei das Lot innerhalb der mindestens zwei Löcher aufgebracht wird.
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Die vorliegende Offenbarung kann auch als Bereitstellung eines Systems und einer Vorrichtung für eine Laserbaugruppe mit einer gesteuerten Stellfläche betrachtet werden. Kurz beschrieben kann eine Ausführungsform der Baugruppe hinsichtlich des Aufbaus unter anderem wie folgt implementiert werden. Eine Laserbaugruppe weist eine Wärmesenkenbaugruppe mit einer Stellfläche auf. Mindestens eine Laseranordnung ist in Kontakt mit der Wärmesenkenbaugruppe angeordnet. Die mindestens eine Laseranordnung passt in die Stellfläche der Wärmesenkenbaugruppe. Mindestens zwei Optikbaugruppen sind in einem Lichtweg der mindestens einen Laseranordnung angeordnet. Alle Optikbaugruppen passen in die Stellfläche der Wärmesenkenbaugruppe.
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Bei einem Aspekt umfasst die Wärmesenkenbaugruppe ferner zwei elektrische Kontakte, die an gegenüberliegenden Seiten der Wärmesenkenbaugruppe angeordnet sind, wobei die mindestens zwei elektrischen Kontakte zwei gegenüberliegende Ränder der Stellfläche definieren.
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Bei einem weiteren Aspekt ist die Laserbaugruppe epoxidfrei.
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Bei einem weiteren Aspekt ist mindestens eine Keramikschicht zur elektrischen Isolation zwischen der Wärmesenke und der mindestens einen Laseranordnung angeordnet.
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Die vorliegende Offenbarung kann auch als Bereitstellung von Verfahren zur Herstellung einer Laserbaugruppe betrachtet werden. In dieser Hinsicht kann eine Ausführungsform eines derartigen Verfahrens unter anderem allgemein durch die folgenden Schritte zusammengefasst werden: Anordnen mindestens einer Laseranordnung in thermischem Kontakt mit einer Wärmesenke; und Anordnen mindestens einer Optikbaugruppe in einem Lichtweg der mindestens einen Laseranordnung, wobei die mindestens eine Laseranordnung und die mindestens eine Optikbaugruppe epoxidfrei sind.
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Bei einem Aspekt umfasst das Verfahren ferner das Anordnen von mehreren Optikbaugruppen in dem Lichtweg der mindestens einen Laseranordnung, wobei die mindestens eine Laseranordnung und alle der mehreren Optikbaugruppen in eine Stellfläche der Wärmesenke passen.
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Bei einem weiteren Aspekt weist die Optikbaugruppe mindestens eine Korrekturoptik und mindestens eine Wellenlängenstabilisierungsoptik auf, und das Verfahren umfasst ferner das Verbinden der mindestens einen Wellenlängenstabilisierungsoptik und der mindestens einen Korrekturoptik mit mindestens einer Lasche und einer Lotmenge.
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Andere Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind oder werden für den Fachmann bei der Betrachtung der folgenden Zeichnungen und der ausführlichen Beschreibung offensichtlich. Es sollen alle zusätzlichen Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile dieser Art in dieser Beschreibung aufgenommen werden, in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen und durch die beigefügten Ansprüche geschützt sein.
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Figurenliste
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Viele Aspekte der Offenbarung lassen sich anhand der folgenden Zeichnungen besser verstehen. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu, es wird vielmehr der Schwerpunkt darauf gelegt, die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung klar darzustellen. In den Zeichnungen bezeichnen darüber hinaus gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in allen verschiedenen Ansichten.
- 1A ist eine Abbildung einer Laserbaugruppe in einer isometrischen Ansicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
- 1B ist eine Abbildung der Laserbaugruppe von 1A in einer Vorderansicht gemäß dem ersten Ausführungseispiel der vorliegenden Offenbarung.
- 1C ist eine Abbildung der Laserbaugruppe von 1A in einer Seitenansicht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
- 2A ist eine Abbildung der Laserbaugruppe von 1A in einer Draufsicht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
- 2B ist eine Abbildung der Laserbaugruppe von 1A in einer Unteransicht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
- 3A-3K sind Ansichten der Laserbaugruppe von 1A in verschiedenen Fertigungsstufen und von einzelnen Komponenten der Laserbaugruppe von 1A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
- 4A-4B sind Abbildungen der Laserbaugruppe von 1A in einer Vorderansicht gemäß dem ersten Ausführungseispiel der vorliegenden Offenbarung, die die Lasche und die Lotverbindung zeigen.
- 5 ist eine Abbildung der Laserbaugruppe von 1A gemäß dem ersten Ausführungseispiel der vorliegenden Offenbarung, die die Lasche zeigt.
- 6 ist eine schematische Abbildung der Laserbaugruppe von 1A gemäß dem ersten Ausführungseispiel der vorliegenden Offenbarung, die die Richtungen der Empfindlichkeit der Laschen zeigt.
- 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer Laserbaugruppe gemäß dem ersten Ausführungseispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1A ist eine Abbildung einer Laserbaugruppe 10 in einer isometrischen Ansicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. 1B ist eine Abbildung der Laserbaugruppe 10 von 1A in einer Vorderansicht, und 1C ist eine Abbildung der Laserbaugruppe 10 von 1A in einer Seitenansicht. Bezugnehmend auf die 1A-1C umfasst die Laserbaugruppe 10, die einfach als „Baugruppe 10“, „System 10“ oder „Vorrichtung 10“ bezeichnet werden kann, eine Wärmesenkenbaugruppe 20, eine Laseranordnung 40 und eine Optikbaugruppe 70. Innerhalb der Baugruppe 10 ist die Laseranordnung 40 in thermischem Kontakt mit der Wärmesenkenbaugruppe 20 angeordnet, und die Optikbaugruppe70, die beliebig viele Korrekturoptikeinheiten beinhalten kann, ist über der Laseranordnung 40 und in einem Lichtweg der Laseranordnung 40 angeordnet. Die Baugruppe 10 ist eine epoxidfreie Einheit, da sie keine Epoxid- oder epoxidähnlichen Klebstoffe zum Verbinden oder Zusammenfügen von Komponenten der Baugruppe 10 verwendet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass verschiedene Komponenten der Baugruppe 10 oder deren Vorteile auch bei Baugruppen verwendet werden können, bei denen Epoxid verwendet wird.
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Die Wärmesenkenbaugruppe umfasst im Einzelnen eine Wärmesenke 22 aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, elektrische Befestigungsschrauben 24 zum Anschluss an eine Stromquelle und elektrische Kontakte 26 zum Übertragen einer elektrischen Leistung zur Laseranordnung 40. Die elektrischen Kontakte 26 kontaktieren elektrisch die elektrischen Kontaktschrauben 24 und erstrecken sich nach oben bis zur Laseranordnung und zur Optikbaugruppe. Die Laseranordnung 40 ist in thermischem Kontakt mit der Wärmesenkenbaugruppe 20 angeordnet, so dass die in der Laseranordnung 40 erzeugte Wärme aus der Anordnung übertragen werden kann. Im Allgemeinen ist die Laseranordnung 40 auf der Oberseite der Wärmesenke 22 angeordnet. Ein elektrisches Isolationsmaterial, wie etwa eine Keramik zur elektrischen Isolation 28 oder ein ähnliches Material, kann an der Schnittstelle zwischen einem unteren Teil des Laserdiodenstapels in der Laseranordnung 40 und dem oberen Teil der Wärmesenke 22 angeordnet werden. Die Optikbaugruppe 70 ist über der Laseranordnung 40 angeordnet.
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Die 2A-2B sind Abbildungen der Laserbaugruppe 10 von 1A in einer Draufsicht bzw. Unteransicht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Die 2A-2B veranschaulichen insbesondere die Stellfläche der Baugruppe 10, die im Allgemeinen durch die Form und die Größe der Wärmesenkenbaugruppe 20 definiert ist, aus der vertikalen oder aus der Vogelperspektive der Baugruppe 10, wie in 2A gezeigt ist. Bezugnehmend auf die 1A-2B und wie in den 2A-2B zu sehen ist, haben die Laseranordnung 40 und die Korrekturoptikbaugruppe 70 Abmessungen, die derart sind, dass sie in die Stellfläche der Wärmesenkenbaugruppe 20 passen, dadurch, dass die Breiten- und Längenabmessungen der Laseranordnung 40 und der Optikbaugruppe 70 gleich oder kleiner sind als die Breiten- bzw. Längenabmessungen der Wärmesenkenbaugruppe. Die Möglichkeit, die vorhandene Stellfläche der Wärmesenkenbaugruppe 20 beizubehalten, ermöglicht es, die bestehende Ausgestaltung der Wärmesenkenbaugruppe 20 auch mit zusätzlichen Optikbaugruppen 70 zu verwenden, die der Baugruppe 10 hinzugefügt wurden. Dementsprechend kann eine beliebige Anzahl von Optikbaugruppen 70 gestapelt und der Baugruppe 10 hinzugefügt werden, die direkt an der Laseranordnung 40 oder an einer anderen Optik innerhalb der Optikbaugruppe 70 angebracht ist, ohne die Ausgestaltungs- oder Größenbedingungen der Baugruppe 10 zu beeinflussen.
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Im Gegensatz dazu werden im herkömmlichen Stand der Technik bei der Herstellung von epoxidfreien Laserbaugruppen bei den Baugruppen Strukturen oder Systeme verwendet, um die Linsen innerhalb der Baugruppen zu halten, wobei sich jedoch diese Strukturen oder Systeme außerhalb der Stellfläche der Laseranordnung und außerhalb der Stellfläche der Wärmesenke erstrecken. Es können beispielsweise mechanische Halterungen dazu verwendet werden, die Linsen der Optik zu halten, wobei die Halterungen selbst außerhalb der definierten Stellfläche der Wärmesenke angeordnet sind, an der die Laseranordnung angebracht ist. Wenn mehr Optiken oder Linsen hinzugefügt werden, sind mehr Halterungen zum Halten der Optik erforderlich, was dazu führt, dass sich die Baugruppe hinsichtlich der Größe ausdehnt und groß genug ist, um die Größenbeschränkungen der Baugruppe zu beeinträchtigen. Dementsprechend kann die Baugruppe 10 der vorliegenden Offenbarung dieses Problem überwinden, indem sowohl die Verwendung von Epoxid im Aufbau der Baugruppe 10 vermieden als auch die vorhandene Stellfläche der Wärmesenkenbaugruppe 20 oder der Laseranordnung 40 beibehalten wird, wenn zusätzliche Optiken aufgenommen sind.
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Die 3A-3K sind Ansichten der Laserbaugruppe 10 von 1A in verschiedenen Fertigungsstufen und einzelner Komponenten der Laserbaugruppe 10 von 1A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Die Systeme und Komponenten der Baugruppe 10 werden mit Bezug auf die 1A-3K beschrieben.
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3A zeigt die Wärmesenkenbaugruppe 20 mit der Wärmesenke 22, elektrischen Befestigungsschrauben 24 und elektrischen Kontakten 26 zur Übertragung einer elektrischen Leistung zur Laseranordnung 40. Wie zu sehen ist, ist die Keramik 28 zur elektrischen Isolation auf der Oberseite der Wärmesenke 22 und zwischen den elektrischen Kontakten 26 so angeordnet, dass sie eine elektrische Barriere zwischen der Laseranordnung 40 (in 3A nicht gezeigt) und der Wärmesenke 22 bilden kann.
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In 3B wurde die Laseranordnung 40 der Wärmesenke 22 hinzugefügt. Die Laseranordnung 40 umfasst einen Laserdiodenstapel mit einer Vielzahl von Laserdiodenbarren 42, die nebeneinander angeordnet sind, wie in 3B im Einzelnen dargestellt ist. Die Laseranordnung 40 weist eine Außenfläche oder ein Ende 44 auf, die bzw. das entlang der Seite der Wärmesenke 22 angeordnet ist. Die Außenfläche 44 der Laseranordnung 40 ist mit einem metallisierten Material beschichtet, um mittels Lot einen Kontakt mit dem Fast-Axis-Kollimator 50 ( 3D-3E) herzustellen. Um das Lot jedoch zu bestimmten Abschnitten der metallisierten Außenfläche 44 zu leiten und zu verhindern, dass das Lot zu einem benachbarten Laserdiodenbarren fließt, wurden in der metallisierten Außenfläche 44 zueinander beabstandete Bereiche oder Nuten ausgebildet. Wie beispielsweise in 3B gezeigt ist, weist die metallisierte Außenfläche 44 metallisierte Abschnitte 44A, die üblicherweise aus Gold oder einem ähnlichen Metall gebildet sind, an dem Lot gut haftet, und nichtmetallisierte Abschnitte 44B auf. Die nichtmetallisierten Abschnitte 44B können durch Entfernen des Metalls an der metallisierten Außenfläche 44 an einer Stelle erzeugt werden, an der der nichtmetallisierte Abschnitt 44B gewünscht wird. In einem spezifischen Beispiel kann die Außenfläche 44 mit Gold metallisiert werden, wobei dann eine Säge verwendet wird, um das goldmetallisierte Material zu entfernen und die nichtmetallisierten Abschnitte 44B zu bilden. Die nichtmetallisierten Abschnitte 44B sind auf die Zwischenräume zwischen den Laschen ausgerichtet (3D-3E), wobei die nichtmetallisierten Abschnitte 44B jedoch vor dem Anbringen der Laschen ausgebildet werden können.
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Als Nächstes veranschaulicht 3C die Baugruppe 10 mit auf der Laseranordnung 40 ausgebildeten Sockeln 46. Die Sockel 46 stellen den Abstand für den Slow-Axis-Kollimator, der anhand von 3F erläutert wird, oder den entsprechenden Abstand für die nächste Optikeinheit innerhalb der Baugruppe bereit, der je nach Ausgestaltung variieren kann.
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3D veranschaulicht die Unterbaugruppe des Fast-Axis-Kollimators 50, der eine Fast-Axis-Kollimatorlinse 52 und zwei Laschen 54 zum Halten der Fast-Axis-Kollimatorlinse 52 an der Laseranordnung 40 aufweist. Die Fast-Axis-Kollimatoren 50 sind der erste Satz von Optiken, die sich vor dem Lichtweg der Laserdiodenbarren der Laseranordnung 40 befinden. Wie auf dem Gebiet bekannt, können Fast-Axis-Kollimatoren asphärische Zylinderlinsen sein, die für die Strahlformung oder die Laserdiodenkollimation ausgelegt sind. Jeder der Laserdiodenbarren der Laseranordnung 40 kann einem einzelnen Fast-Axis-Kollimator 50 entsprechen, der darauf ausgerichtet ist. Die Laschen 54, die aus Metall oder einem anderen Material bestehen können, können an den äußeren Enden der Fast-Axis-Kollimatorlinse 52 befestigt sein und weisen im Allgemeinen zwei Löcher 56A, 56B auf. Die Löcher 56A, 56B können vorzugsweise zylindrisch sein, wobei jedoch in bestimmten Situationen andere Formen verwendet werden können. Das erste Loch 56A kann ein kleines Loch im oberen Teil der Lasche 54 sein, und das zweite Loch 56B kann ein größeres Loch im unteren Teil der Lasche 54 sein. Jede Unterbaugruppe des Fast-Axis-Kollimators 50 kann mit einer Fast-Axis-Kollimatorlinse 52 und zwei Laschen 54 mit jeweils den beiden Löchern 56A, 56B aufgebaut werden.
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Wenn die gewünschte Anzahl der Unterbaugruppen des Fast-Axis-Kollimators 50 hergestellt wird, deren Anzahl im Allgemeinen der Anzahl der Laserdiodenbarren entspricht, können sie wie in 3E gezeigt der Laseranordnung 40 hinzugefügt werden. In diesem Beispiel sind 20 Laserdiodenbarren und 20 Fast-Axis-Kollimatoren 50 dargestellt, wobei jedoch in der Baugruppe 10 eine beliebige Anzahl von Laserdiodenbarren und Fast-Axis-Kollimatoren 50 verwendet werden kann, was von der Ausgestaltung und/oder dem Verwendungszweck der Baugruppe 10 abhängig sein kann. Wie in 3E gezeigt, können die Fast-Axis-Kollimatoren 50 vertikal über der Laseranordnung 40 angeordnet sein, so dass sie in einem Lichtweg der Laseranordnung 40 angeordnet sind. In dieser Position erstrecken sich die beiden Laschen 54 des Fast-Axis-Kollimators 50 entlang der Außenfläche 44 der Laseranordnung 40, z.B. entlang der Enden jedes Laserdiodenbarrens. Während das erste Loch 56A der Lasche 54 zur Bildung einer Lötverbindung mit der Fast-Axis-Kollimatorlinse 52verwendet wird, können die zweiten Löcher 56B zur Bildung einer Lötverbindung zwischen den Laschen 54 und der Laseranordnung 40 verwendet werden. Weitere Einzelheiten zur Lötverbindung mit den Laschen 54 sind in Bezug auf die 4A-5 angegeben.
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Sobald die Fast-Axis-Kollimatoren 50 mit der Baugruppe 10 verbunden sind, kann ein Slow-Axis-Kollimator 60 vertikal über dem Fast-Axis-Kollimator 50 und in dessen Lichtweg angeordnet werden, wie in 3F gezeigt ist. Der Slow-Axis-Kollimator 60 sendet das Licht aus der Laseranordnung 40 in eine andere Richtung als der Fast-Axis-Kollimator 50. Der Slow-Axis-Kollimator 60 kann wie gezeigt eine monolithische Linse sein, die aus einem einzigen Spiegelglasstück besteht. Es können auch andere Materialien oder Strukturen und auch andere große Optikvorrichtungen verwendet werden, wie etwa eine monolithische Anordnung von Zylinderlinsen, die die einzelnen Emitter der Laseranordnung 40 kollimieren. Der Slow-Axis-Kollimator 60 kann mit Lot am Sockel 46 befestigt werden, wobei der Sockel 46 mit Lot an der Laseranordnung 40 befestigt ist. Dementsprechend wird beim Aufbau der Baugruppe 10 bisher kein Epoxid verwendet.
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Als Nächstes veranschaulicht 3G die Korrekturoptik 72, auch bekannt als fortschrittliche Optik- oder AO (engl. Advanced Optic) -Unterbaugruppe, und 3H veranschaulicht die Baugruppe 10 mit der Korrekturoptik 72, die über dem Slow-Axis-Kollimator 60 angeordnet ist. Jeder der Laserdiodenbarren der Laseranordnung 40 kann einige Ausrichtungsunterschiede dazu haben. Die Korrekturoptik 72 kann dazu verwendet werden, das Licht der Laserdiodenbarren so zu beugen, dass alle Laserdiodenbarren nun Licht in die gewünschte Richtung abgeben. Die Korrekturoptik 72 kann einen oder mehrere Sockel 74 oder Abstandshalter aufweisen, die auf einer Unterseite davon angeordnet sind und den Slow-Axis-Kollimator 60 berühren. Die Sockel 74 können über eine Lötverbindung mit dem Slow-Axis-Kollimator 60 verbunden werden.
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Ähnlich wie die Laseranordnung 40 weist die Korrekturoptik 72 eine Außenfläche oder ein Ende 76 auf, die bzw. das entlang der Längsseite der Wärmesenkenbaugruppe 20 angeordnet ist, wobei die Außenfläche 76 mit einem metallisierten Material beschichtet ist, um mittels Lot einen Kontakt mit der Wellenlängenstabilisierungsoptik (3I-3K) herzustellen. Um das Lot zu bestimmten Abschnitten der metallisierten Außenfläche 76 zu leiten und zu verhindern, dass das Lot über den gewünschten Anwendungsbereich hinausfließt, wurden in der metallisierten Außenfläche 76 zueinander beabstandete Bereiche oder Nuten ausgebildet. Wie beispielsweise in 3G gezeigt ist, umfasst die metallisierte Außenfläche 76 metallisierte Abschnitte 76A, die üblicherweise aus Gold oder einem ähnlichen Metall bestehen, an dem Lot gut haftet, sowie nichtmetallisierte Abschnitte 76B. Die nichtmetallisierten Abschnitte 76B können durch Entfernen des Metalls auf der metallisierten Außenfläche 76 an einer Stelle erzeugt werden, an der der nichtmetallisierte Abschnitt 76B gewünscht ist. In einem spezifischen Beispiel kann die Außenfläche 76 mit Gold metallisiert werden, wobei dann eine Säge verwendet wird, um das goldmetallisierte Material zu entfernen und die nichtmetallisierten Abschnitte 76B zu bilden. Die nichtmetallisierten Abschnitte 76B sind auf die Zwischenräume zwischen den Laschen ausgerichtet, wie in Bezug auf die 3I-3K erläutert ist.
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3I veranschaulicht die Wellenlängenstabilisierungsoptik 80, auch VBG-Unterbaugruppe genannt. 3J veranschaulicht die Baugruppe 10 mit einer der Wellenlängenstabilisierungsoptiken 80 in Explosionsansicht, während 3K eine Seitenansicht der Baugruppe 10 mit einer Wellenlängenstabilisierungsoptik 80 veranschaulicht. Die Wellenlängenstabilisierungsoptik 80 kann eine Stabilisierung der Wellenlänge ermöglichen. Abhängig von dem gewählten VBG 82 kann sie die Wellenlänge auf den gewünschten Wert festhalten und in die anderen Wellenlängenfarben zurückführen, die von dem Laserdiodenbarren erzeugt werden. Die Wellenlängenstabilisierungsoptik 80 umfasst ein VBG 82 und zwei an den Enden des VBG 82 angeordnete Laschen 84, wie in 3I gezeigt ist. Jede der beiden Laschen 84 weist ein erstes Loch 86A auf, das im oberen Teil der Lasche 84 angeordnet ist und zum Steuern einer Lötverbindung mit dem VBG 82 verwendet wird, und ein zweites Loch 86B, das kleiner ist als das erste Loch 86A, wobei das zweite Loch 86B im unteren Teil der Lasche 84 angeordnet ist und zum Steuern einer Lötverbindung mit der Korrekturoptik 72 verwendet wird.
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Wie in den 3J-3K gezeigt ist, kann die Wellenlängenstabilisierungsoptik 80 vertikal über der Korrekturoptik 72 angeordnet werden, so dass jede Wellenlängenstabilisierungsoptik 80 in einem Lichtweg der entsprechenden Korrekturoptik 72 darunter angeordnet ist. In dieser Position erstrecken sich die beiden Laschen 84 der Wellenlängenstabilisierungsoptik 80 entlang der Außenfläche 76 der Korrekturoptik 72, z.B. entlang ihrer Enden. Die zweiten Löcher 86B werden dann auf die Außenfläche 76 der Korrekturoptik 72 ausgerichtet, so dass eine Lötverbindung oder Lötstelle zwischen der Lasche 84 und der Korrekturoptik 72 gebildet werden kann, deren Einzelheiten mit Bezug auf die 4A-5 erläutert werden.
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Die 4A-4B sind Abbildungen der Laserbaugruppe 10 von 1A in einer Vorderansicht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, die die Laschen und Lötverbindung zeigen. 5 ist eine Abbildung der Laserbaugruppe 10 von 1A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, die die Lasche zeigt. Bezugnehmend auf die 3H-5 kann die Lötverbindung in der Baugruppe 10 mit den Laschen, wie sie für die Verwendung zwischen dem Fast-Axis-Kollimator 50 und der Laseranordnung 40 und zwischen der Wellenlängenstabilisierungsoptik 80 und der Korrekturoptik 72 beschrieben sind, verwendet werden. Zur Verständlichkeit der Offenbarung wird der Vorgang zur Bildung der Lötverbindung in Bezug auf die Verwendung der Lasche 84 zwischen der Wellenlängenstabilisierungsoptik 80 und der Korrekturoptik 72 beschrieben, der gleiche Vorgang kann jedoch auch für die Lasche 54 zwischen dem Fast-Axis-Kollimator 50 und der Laseranordnung 40 verwendet werden.
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Wie in 4A gezeigt, kann die Lasche 84 eine Lotkugel 12 in ihrem zweiten Loch 86B aufnehmen, die den metallisierten Abschnitt 76A der Außenfläche 76 der Korrekturoptik 72 überlagernd angeordnet ist. Die Lotkugel 12 kann ein Verkapselungsmaterial und/oder Schutzgas umfassen. Sobald die Lotkugel 12 in dem zweiten Loch 86B angeordnet ist, wird die Lotkugel z.B. mit einem Licht erwärmt, und das Lot fließt im Inneren des zweiten Lochs 86B und zwischen der innenliegenden Oberfläche der Lasche 84, die auch eine metallisierte Oberfläche ist, und der Anlagefläche des metallisierten Abschnitts 76A der Außenfläche 76 der Korrekturoptik 72. Da das Lot dazu neigt, nur dorthin zu wollen, wo sich eine metallisierte Oberfläche auf dem metallisierten Abschnitt 76A befindet, fließt es nicht in die nichtmetallisierten Abschnitte 76B und wird daher im metallisierten Abschnitt 76A gehalten. Somit hält die Lötverbindung den gewünschten Kontakt zwischen den Laschen 84 und den vorgesehenen Abschnitten der Außenfläche 76 aufrecht und wandert nicht an unerwünschte Stellen entlang der Außenfläche 76. 4B veranschaulicht das Fließlot 14 innerhalb des zweiten Lochs 86B der Lasche 84.
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Wie in 5 gezeigt, können die spezifische Form und die Materialien der Lasche 84 zur Steuerung der Lötverbindung verwendet werden. Hier kann das zweite Loch 86B der Lasche 84 eine innere Seitenwand 88 aufweisen, die auch so ausgebildet ist, dass sie eine metallisierte Oberfläche aufweist. Die innere Seitenwand 88 des zweiten Lochs 86B kann z.B. mit Gold beschichtet sein. Wenn die Lotkugel (nicht gezeigt) innerhalb des zweiten Lochs 86B angeordnet und geschmolzen ist, wird das Lot angezogen, um eine Verbindung zwischen der inneren Seitenwand 88 des zweiten Lochs 86B und der metallisierten Oberfläche 76B der Außenfläche 76 herzustellen. Die Außenfläche der Lasche 84 kann aus einem nicht anziehenden Material zum Löten wie etwa Titan oder Glas bestehen, wodurch das Lot in das zweite Loch 86B und zur metallisierten Oberfläche 76B wandert. Nach dem Abkühlen trocknet das Lot durch das zweite Loch 86B auf der inneren Seitenwand 88 des zweiten Lochs 86B und auf der Innenfläche der Lasche 84, z.B. auf der der metallisierten Oberfläche 76A der Außenfläche 76 zugewandten Oberfläche.
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Die gleiche Löttechnik kann mit den anderen Lötverbindungen verwendet werden, die mit Laschen ausgebildet sind. Darüber hinaus können optische Strukturen auch goldmetallisiert sein, um das Lot zu den Stellen zu leiten, an denen Lötstellen erwünscht sind, und unerwünschte Stellen können mit lötabweisenden Materialien wie Titan beschichtet werden. Auf diese Weise kann die Baugruppe 10 als Ganzes als epoxidfreie Baugruppe ausgebildet werden, da Epoxidkleber oder ähnliche Klebstoffe zur Herstellung oder Aufrechterhaltung von Verbindungen zwischen Komponenten nicht erforderlich sind. Dementsprechend kann sich die Baugruppe 10 gegenüber den im Hintergrund diskutierten Unzulänglichkeiten aus dem Stand der Technik verbessern, da die Baugruppe 10 kein Kriechen oder Verschieben von Komponenten aufgrund der Aushärtung von Epoxid oder der langfristigen Verwendung von Epoxidharz erfährt.
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6 ist eine schematische Darstellung der Laserbaugruppe 10 von 1A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, die die Empfindlichkeitsrichtungen der Laschen zeigt. Wie gezeigt, zeigt 6 die Laschen 54 zwischen dem Fast-Axis-Kollimator 50 und der Laseranordnung 40 sowie zwischen der Wellenlängenstabilisierungsoptik 80 und der Korrekturoptik 72. Abgesehen von der Tatsache, dass die Baugruppe 10 als epoxidfreie Struktur aufgebaut ist, kann die Verwendung der Laschen 54/84 signifikante Verbesserungen hinsichtlich der Fehlausrichtungen bieten, die üblicherweise bei Laserbaugruppen auftreten, zum Teil aufgrund der Verwendung der Laschen 54/84, die eine bessere Ausrichtung der Optik und eine Anbringung der Optik in einer Weise ermöglichen, die die Empfindlichkeitsrichtungen kompensiert. Bei herkömmlichen Baugruppen wird z.B. die Optik unter Verwendung ihrer Seitenflächen 90, z.B. der Längsseitenflächen oder Bodenflächen der Optik, wie in 6 gezeigt, angebracht. Wenn die Anbringung an diesen Oberflächen erfolgt, kann jede Bewegung in der auf diesen Oberflächen gebildeten Verbindung dazu führen, dass die Optik um die Längsachse der Optik kippt oder falsch ausgerichtet wird. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Bewegungen aufgrund von geringen Veränderungen oder Kräften in der Umgebung, in der die Baugruppe verwendet wird, auftreten. Die Optik ist sehr empfindlich gegenüber Fehlausrichtungen in diese Richtung, d.h. in die empfindliche Richtung, wie in 6 gekennzeichnet ist. Dementsprechend kann eine Fehlausrichtung der Optik in diese Richtung zu Problemen und/oder Ausfällen in der Baugruppe führen.
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Im Gegensatz dazu werden bei der Baugruppe 10 der vorliegenden Offenbarung die Optik unter Verwendung der an den Enden der Optik angeordneten Laschen 54/84 angebracht, so dass Fehlausrichtungen in den gegen die Laschen 54/84 gebildeten Verbindungen keine Fehlausrichtungen der Optik in der empfindlichen Richtung verursachen. Vielmehr würden Bewegungen in den gegen die Laschen 54/84 gebildeten Verbindungen zu Fehlausrichtungen in unempfindlicher Richtung führen, wie in 6 gekennzeichnet ist, so dass sich die Optik in vertikaler Richtung bewegen kann und Winkelbewegungen oder Kippbewegungen stark minimiert werden. Da der Winkel der optischen Einheiten und insbesondere der Winkel der Wellenlängenstabilisierungsoptik sehr kritisch ist, kann durch die Anbringung der Optik mit den Laschen 54/84 die Kritikalität des Kippens beseitigt werden. Dies führt zu einer genaueren Positionierung der Optik während der Herstellung und zu einem präziseren Halten der Optik in dieser Position während des gesamten Einsatzes der Baugruppe 10 als dies herkömmlicherweise möglich ist. Wenn dieser strukturelle Unterschied zum Stand der Technik mit einer epoxydfreien Baugruppe kombiniert wird, bei der die Verbindungen und Anschlüsse mit Lot oder einem ähnlichen Material gebildet werden, kann die Qualität der resultierenden Baugruppe im Vergleich zu dem, was herkömmlicherweise verfügbar ist, erheblich verbessert werden.
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7 ist ein Flussdiagramm 100, das ein Verfahren zur Herstellung einer Laserbaugruppe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Es ist darauf hinzuweisen, dass Prozessbeschreibungen oder Blöcke in Flussdiagrammen so zu verstehen sind, dass sie Module, Segmente, Codebestandteile oder Schritte darstellen, die eine oder mehrere Anweisungen zur Implementierung bestimmter logischer Funktionen im Prozess umfassen, und dass alternative Implementierungen in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, in denen Funktionen in einer anderen Reihenfolge als die gezeigte oder erläuterte Reihenfolge ausgeführt werden können, einschließlich im Wesentlichen in gleichzeitiger oder in umgekehrter Reihenfolge, je nach der betreffenden Funktionalität, wie dies von dem Fachmann mit hinreichenden Kenntnissen auf dem Gebiet der vorliegenden Offenbarung zu verstehen ist.
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Wie in Block 102 gezeigt ist, ist mindestens eine Laseranordnung in thermischem Kontakt mit einer Wärmesenke angeordnet. Mindestens eine Optikbaugruppe ist in einem Lichtweg der mindestens einen Laseranordnung angeordnet, wobei die mindestens eine Laseranordnung und die mindestens eine Optikbaugruppe epoxydfrei sind (Block 104). Das Verfahren kann eine beliebige Anzahl zusätzlicher Schritte, Funktionen oder Strukturen beinhalten, einschließlich derjenigen, die in Bezug auf eine andere Figur dieser Offenbarung offenbart sind. So können beispielsweise mehrere Optikbaugruppen im Lichtweg der mindestens einen Laseranordnung angeordnet sein, wobei die mindestens eine Laseranordnung und alle der mehreren Optikbaugruppen in eine Stellfläche der Wärmesenke passen (Block 106). Zusätzlich kann die Optikbaugruppe mindestens eine Korrekturoptik und mindestens eine Wellenlängenstabilisierungsoptik aufweisen, wobei die mindestens eine Wellenlängenstabilisierungsoptik mit mindestens einer Lasche und einer Lotmenge mit der mindestens einen Korrekturoptik verbunden ist (Block 108).
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Es ist zu betonen, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, insbesondere die „bevorzugten“ Ausführungsformen, lediglich mögliche Beispiele für Implementierungen sind, die lediglich zum besseren Verständnis der Grundsätze der Offenbarung dargelegt sind. Viele Abwandlungen und Änderungen an der/den oben beschriebenen Ausführungsform(en) der Offenbarung können vorgenommen werden, ohne wesentlich von dem Gedanken und den Grundsätzen der Offenbarung abzuweichen. All diese Änderungen und Abwandlungen sollen hier in den Umfang dieser Offenbarung und der vorliegenden Offenbarung aufgenommen und durch die folgenden Ansprüche geschützt sein.
