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Die Erfindung betrifft eine Diodenlaseranordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Diodenlaseranordnung.
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Beim Betrieb einer Diodenlasereinrichtung mit einem oder mehreren Emittern insbesondere im Hochleistungsbereich, beispielsweise einem Hochleistungsdiodenlaserbarren, entsteht Verlustwärme, welche zum Erreichen einer hohen Ausgangsleistung bei gleichzeitig hoher Lebensdauer und hoher Strahlqualität der Diodenlasereinrichtung abgeführt werden muss. Typischerweise weist eine Diodenlaseranordnung mit einer derartigen Diodenlasereinrichtung daher eine Kühleinrichtung auf, welche mit der Diodenlasereinrichtung thermisch gekoppelt und zur Ableitung der Verlustwärme eingerichtet ist. Eine maximal erreichbare Ausgangsleistung der Diodenlasereinrichtung wird somit insbesondere durch die Effektivität der Kühleinrichtung begrenzt, welche insbesondere von der Wärmeleitfähigkeit von Materialien der Kühleinrichtung zur Übertragung von Verlustwärme abhängt. Es sind hierfür geeignete hochwärmeleitfähige Materialien, beispielsweise Verbundmaterialien mit Diamantanteil, bekannt. Diese Materialien sind jedoch mechanisch nur schwer bearbeitbar, sodass eine Auflagefläche der Kühleinrichtung, an welcher die Diodenlasereinrichtung anordenbar ist, nur mit unzureichender Qualität und großem Aufwand herstellbar ist. Es werden üblicherweise zur Verbindung der Diodenlasereinrichtung mit der Kühleinrichtung Zwischenschichten oder separate Bauteile vorgesehen, welche mittels Lötverbindungen aufgebracht werden. Hierdurch wird jedoch der Wärmewiderstand erhöht und die Wärmeleitfähigkeit verringert. Weiterhin werden zusätzliche Fügestellen geschaffen, welche insbesondere die Langzeitstabilität der Diodenlaseranordnung verringern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Diodenlaseranordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Diodenlaseranordnung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Diodenlaseranordnung geschaffen wird, welche eine Diodenlasereinrichtung und mindestens eine Kühleinrichtung aufweist. Die Diodenlasereinrichtung ist eingerichtet, um einen Laserstrahl, der auch aus mehreren Teillaserstrahlen bestehen kann, zu emittieren. Hierbei ist die mindestens eine Kühleinrichtung an der Diodenlasereinrichtung angeordnet. Die mindestens eine Kühleinrichtung ist dabei eingerichtet, um die Diodenlasereinrichtung zu kühlen. Hierbei weist die mindestens eine Kühleinrichtung einen Anlagekörper und mindestens eine Wärmeleiteinlage auf. Der Anlagekörper weist dabei ein erstes Material auf oder besteht aus einem ersten Material. Die mindestens eine Wärmeleiteinlage weist dabei ein von dem ersten Material verschiedenes zweites Material auf oder besteht aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material. Der Anlagekörper ist hierbei an der Diodenlasereinrichtung angeordnet. Dabei ist die mindestens eine Wärmeleiteinlage in den Anlagekörper eingebettet.
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Die erfindungsgemäße Diodenlaseranordnung weist Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Dadurch, dass die mindestens eine Kühleinrichtung einen Anlagekörper und mindestens eine Wärmeleiteinlage, welche in den Anlagekörper eingebettet ist, aufweist, kann der Anlagekörper insbesondere bezüglich seines Materials derart ausgestaltet werden, dass an einer Auflagefläche des Anlagekörpers eine für eine Montage der Diodenlasereinrichtung geeignete Struktur und/oder Oberfläche kostengünstig und mit hoher Qualität herstellbar sind/ist. Weiterhin kann eine Materialstärke des Anlagekörpers gemäß spezifischer Anforderungen an die mindestens eine Kühleinrichtung angepasst werden. Beispielsweise kann eine effektive Wärmeübertragung durch eine kleinere Materialstärke realisiert werden. Bei einer größeren Materialstärke ergibt sich beispielsweise Raum für Kühlstrukturen, beispielsweise Kühlkanäle. Dabei kann die mindestens eine Wärmeleiteinlage derart ausgelegt werden, dass eine optimale Ableitung von Wärme von der Diodenlasereinrichtung realisierbar ist. Somit kann eine Ausgangsleistung der Diodenlasereinrichtung signifikant gesteigert werden. Weiterhin werden die Strahleigenschaften der Diodenlasereinrichtung insbesondere durch Verringerung oder gar Vermeidung einer temperaturbedingten Verschiebung der Wellenlänge während des Betriebs verbessert. Zudem kann eine Maximaltemperatur der Diodenlasereinrichtung im Betrieb gesenkt werden, was insbesondere zu einer Erhöhung ihrer Lebensdauer führt. Insbesondere wird ein sicherer und zuverlässiger Betrieb der Diodenlaseranordnung bei hoher Ausgangsleistung der Diodenlasereinrichtung ermöglicht.
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Die Diodenlasereinrichtung weist vorzugsweise mindestens einen Emitter, insbesondere Einzelemitter, auf. Ein solcher Emitter ist bevorzugt als Kantenemitter ausgebildet. Vorzugsweise ist ein solcher Emitter als Hochleistungsemitter ausgebildet. Besonders bevorzugt weist die Diodenlasereinrichtung mehrere Emitter auf, wobei die Diodenlasereinrichtung insbesondere als Diodenlaserbarren mit mehreren Emittern, welche vorzugsweise in einer eindimensionalen Reihe (Array) angeordnet sind, ausgebildet ist. Vorzugsweise ist ein solcher Diodenlaserbarren als Kantenemitter ausgebildet. Besonders bevorzugt ist ein solcher Diodenlaserbarren als Hochleistungsdiodenlaserbarren ausgebildet.
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Insbesondere ist die Diodenlasereinrichtung mit der mindestens einen Kühleinrichtung thermisch gekoppelt, sodass insbesondere beim Betrieb der erfindungsgemäßen Diodenlaseranordnung eine Wärmeübertragung von der Diodenlasereinrichtung zu der mindestens einen Kühleinrichtung stattfinden kann. Die mindestens eine Kühleinrichtung ist insbesondere als Wärmesenke ausgebildet.
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Der Anlagekörper weist insbesondere an der Auflagefläche in einem Abschnitt, in welchem die Diodenlasereinrichtung an dem Anlagekörper angeordnet ist und/oder anliegt, eine Struktur und/oder eine Oberfläche auf, welche geeignet ist, um besonders effektiv Wärme von der Diodenlasereinrichtung zu der mindestens einen Kühleinrichtung zu übertragen. Insbesondere ist der Anlagekörper in diesem Abschnitt besonders dünnwandig ausgebildet, sodass Wärme besonders effektiv übertragen werden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Diodenlaseranordnung ist die mindestens eine Kühleinrichtung eingerichtet, um die Diodenlasereinrichtung elektrisch zu kontaktieren. Insbesondere weist die Diodenlaseranordnung zwei Kühleinrichtungen der angesprochenen Art auf, wobei eine erste der zwei Kühleinrichtungen mit einer p-Seite und eine zweite der zwei Kühleinrichtungen mit einer n-Seite der Diodenlasereinrichtung elektrisch verbunden sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Diodenlaseranordnung ist einer Kühleinrichtung der angesprochenen Art jeweils genau eine Wärmeleiteinlage zugeordnet. Diese ist vorzugsweise im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet, wobei sie sich zumindest abschnittsweise parallel zu der Auflagefläche des Anlagekörpers erstreckt. Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Diodenlaseranordnung sind einer Kühleinrichtung der angesprochenen Art mehrere Wärmeleiteinlagen der angesprochenen Art zugeordnet. Diese sind vorzugsweise im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet, wobei sie sich zumindest abschnittsweise jeweils parallel zu der Auflagefläche des Anlagekörpers erstrecken. Die mehreren Wärmeleiteinlagen können jeweils voneinander beabstandet oder direkt aneinander anliegend angeordnet sein. Sie können übereinander oder untereinander oder nebeneinander angeordnet sein.
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Vorzugsweise ist die mindestens eine Wärmeleiteinlage in Bezug auf den Anlagekörper geometrisch abgrenzbar ausgebildet.
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Insbesondere ist die mindestens eine Wärmeleiteinlage in einem Inneren des Anlagekörpers angeordnet. Besonders bevorzugt ist die mindestens eine Wärmeleiteinlage teilweise oder vollständig von dem Anlagekörper umgeben. Insbesondere bildet der Anlagekörper quasi eine Hülle um die mindestens eine Wärmeleiteinlage. Eine Materialstärke des hüllenartigen Anlagekörpers ist in einem Abschnitt des Anlagekörpers insbesondere in einem Bereich der Auflagefläche, in welchem der Anlagekörper an der Diodenlasereinrichtung angeordnet ist, derart dimensioniert, dass - insbesondere vor einer Montage der Diodenlasereinrichtung - eine geeignete Struktur und/oder Oberfläche der Auflagefläche mittels mechanischer Bearbeitung, beispielsweise mittels Zerspanung mit geometrisch bestimmter und/oder geometrisch unbestimmter Schneide, realisierbar ist, wobei diese Struktur und/oder Oberfläche im Betrieb der erfindungsgemäßen Diodenlaseranordnung eine besonders effektive Wärmeübertragung ermöglicht. Eine Materialstärke in dem genannten Abschnitt bezeichnet insbesondere einen mittels des Anlagekörpers definierten Abstand zwischen der Diodenlasereinrichtung und einer direkt zu dieser benachbarten Wärmeleiteinlage der angesprochenen Art.
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In dem Abschnitt des Anlagekörpers in dem Bereich der Auflagefläche, in welchem der Anlagekörper an der Diodenlasereinrichtung angeordnet ist beziehungsweise an dieser anliegt, beträgt die Materialstärke vorzugsweise mindestens 5 µm und höchstens 100 µm, insbesondere mindestens 10 µm und höchstens 50 µm. Mittels einer solchen Materialstärke kann eine besonders effektive Wärmeübertragung über den Anlagekörper realisiert werden.
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Vorzugsweise beträgt eine Materialstärke an einer der Auflagefläche entgegengesetzt liegenden Seite des Anlagekörpers, an welcher beispielsweise über eine Anschlussfläche des Anlagekörpers ein separates Kühlelement angeordnet ist, mindestens 5 µm und höchstens 100 µm, insbesondere mindestens 10 µm und höchstens 50 µm. Mittels einer solchen Materialstärke kann eine besonders effektive Wärmeübertragung über den Anlagekörper realisiert werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Diodenlaseranordnung ist vorgesehen, dass an der der Auflagefläche entgegengesetzt liegenden Seite des Anlagekörpers Kühlstrukturen, beispielsweise Kühlkanäle, in den Anlagekörper eingebracht sind. Durch Durchleitung eines Kühlfluids durch diese Kühlstrukturen wird insbesondere eine Kühlung der Diodenlasereinrichtung realisiert. Mittels der Kühlstrukturen kann vorzugsweise auf ein separates Kühlelement der angesprochenen Art verzichtet werden. Im Bereich der Kühlstrukturen beträgt eine Materialstärke des Anlagekörpers zumindest abschnittsweise vorzugsweise mindestens 1 mm, vorzugsweise mindestens 3 mm, vorzugsweise mindestens 5 mm.
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Es ist mithin möglich, dass eine Materialstärke des Anlagekörpers an verschiedenen Seiten des Anlagekörpers verschieden groß ausgebildet ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn an der der Auflagefläche mit der Diodenlasereinrichtung gegenüberliegenden Seite des Anlagekörpers Kühlstrukturen in diesen eingebracht sind.
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Ein Anlagekörper der angesprochenen Art mit Materialstärken von bis zu 5 mm oder auch größer als 5 mm kann beispielsweise mittels Sintern realisiert werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Diodenlaseranordnung sind mehrere Wärmeleiteinlagen der angesprochenen Art vorgesehen, wobei zumindest eine der mehreren Wärmeleiteinlagen in den Anlagekörper eingebettet ist. Vorzugsweise ist diese eine der mehreren Wärmeleiteinlagen in einem Inneren des Anlagekörpers angeordnet, wobei diese eine Wärmeleiteinlage insbesondere direkt benachbart zu der Diodenlasereinrichtung in dem Anlagekörper angeordnet ist.
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Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das erste Material eine erste Wärmeleitfähigkeit aufweist, wobei das zweite Material eine zweite Wärmeleitfähigkeit aufweist, welche größer ist als die erste Wärmeleitfähigkeit. Beispielsweise beträgt die erste Wärmeleitfähigkeit zwischen 380 W/(m*K) und 400 W/(m*K). Derartige Werte liegen beispielsweise bei Kupfer oder Kupferlegierungen vor. Beispielsweise beträgt die zweite Wärmeleitfähigkeit zwischen 550 W/(m*K) und 800 W/(m*K). Derartige Werte liegen beispielsweise bei Kupfer-Diamant-Verbundmaterial oder Silber-Diamant-VerbundMaterial vor. Bei Carbon-Verbundmaterial ist beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1000 W/(m*K) realisierbar. Beispielsweise ist bei Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren eine Wärmeleitfähigkeit in einer Vorzugsrichtung von bis zu 6000 W/(m*K) möglich. Auf diese Weise wird eine effektive Wärmeübertragung mittels der mindestens einen Wärmeleiteinlage realisiert.
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Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das erste Material Kupfer oder eine Kupferlegierung ist. Kupfer und Kupferlegierungen sind besonders einfach und kostengünstig mechanisch bearbeitbar. Insbesondere kann dadurch im Bereich der Auflagefläche an dem Anlagekörper, in welchem die Diodenlasereinrichtung angeordnet ist, eine Struktur und/oder eine Oberfläche mit einer exakten Geometrie realisiert werden.
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Vorzugsweise ist die Auflagefläche zumindest in diesem Bereich plan ausgebildet. Das erste Material kann auch einen anderen Werkstoff aufweisen, welcher einfach mechanisch oder in anderer Weise bearbeitbar ist. Insgesamt wird mittels des ersten Materials eine kostengünstige und präzise Bearbeitung des Anlagekörpers gewährleistet.
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Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das zweite Material ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Kupfer-Diamant-Verbundmaterial, einem Silber-Diamant-Verbundmaterial und einem Carbon-Verbundmaterial. Ein derartiges Carbon-Verbundmaterial weist insbesondere Graphit auf. Beispielsweise weist ein derartiges Carbon-Verbundmaterial eine Kohlenstoffnanoröhrenstruktur auf, wobei eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit insbesondere entlang der Röhrenachse vorliegt. Insbesondere kann mittels eines Carbon-Verbundmaterials der angesprochenen Art eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit der mindestens einen Wärmeleiteinlage realisiert werden, sodass eine Vorzugsrichtung für die Wärmeübertragung definierbar ist.
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Verbundwerkstoffe der angesprochenen Art weisen eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Weiterhin weisen diese Verbundwerkstoffe relativ geringe Wärmeausdehnungskoeffizienten auf und/oder sind hinsichtlich ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten beispielsweise durch Auswahl oder Kombination geeigneter Werkstoffe an einen Wärmeausdehnungskoeffizient der Diodenlasereinrichtung, insbesondere eines oder mehrerer Emitter der Diodenlasereinrichtung, anpassbar. Das zweite Material kann insbesondere auch einen anderen Werkstoff aufweisen, welcher eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das erste Material aufweist.
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Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass ein Wärmeausdehnungskoeffizient der mindestens einen Kühleinrichtung derart auf einen Wärmeausdehnungskoeffizient der Diodenlasereinrichtung abgestimmt ist, dass eine Verspannung der Diodenlasereinrichtung, insbesondere eines Emitters oder mehrerer Emitter der Diodenlasereinrichtung, vermieden wird. Derartige Verspannungen können temperaturinduziert sein und beispielsweise bei der Montage der Diodenlaseranordnung, insbesondere durch Verlöten und anschließendes Abkühlen der Diodenlasereinrichtung, in einen Emitter der angesprochenen Art eingebracht werden.
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Vorzugsweise beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient der mindestens einen Kühleinrichtung mindestens 70 % des Wärmeausdehnungskoeffizients der Diodenlasereinrichtung und höchstens 130 % des Wärmeausdehnungskoeffizients der Diodenlasereinrichtung, insbesondere mindestens 90 % des Wärmeausdehnungskoeffizients der Diodenlasereinrichtung und höchstens 110 % des Wärmeausdehnungskoeffizients der Diodenlasereinrichtung. Insbesondere ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient der mindestens einen Kühleinrichtung gleich hoch ist wie der Wärmeausdehnungskoeffizient der Diodenlasereinrichtung. Insbesondere kann mittels der mindestens einen Wärmeleiteinlage, beispielsweise durch Wahl geeigneter Werkstoffe oder Werkstoffkombinationen, in vorteilhafter Weise der Wärmeausdehnungskoeffizient der jeweiligen Kühleinrichtung an die Diodenlasereinrichtung angepasst werden, sodass ein Ausfallrisiko der Diodenlaseranordnung signifikant verringert wird.
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Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Wärmeleiteinlage mittels Sintern hergestellt ist. Auf diese Weise kann die mindestens eine Wärmeleiteinlage insbesondere bezüglich ihrer geometrischen Ausgestaltung und ihres Werkstoffs oder ihrer Werkstoffkombination in vorteilhafter Weise an den Anlagekörper und die Diodenlasereinrichtung angepasst werden.
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Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Anlagekörper mittels Sintern hergestellt ist. Auf diese Weise kann der Anlagekörper insbesondere bezüglich seiner geometrischen Ausgestaltung und seines Werkstoffs einfach an die Diodenlasereinrichtung angepasst werden. Insbesondere können Materialstärken bis zu 5 mm oder auch größer als 5 mm mittels Sintern realisiert werden. Dagegen sind derartige Materialstärken insbesondere durch galvanisches Aufbringen, beispielsweise einer Kupferschicht, nicht oder nur schwer realisierbar.
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Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Wärmeleiteinlage mittels Sintern mit dem Anlagekörper verbunden ist. Insbesondere ist die mindestens eine Wärmeleiteinlage mittels Sintern in den Anlagekörper eingebettet. Auf diese Weise kann die Ausgestaltung der mindestens einen Kühleinrichtung in einfacher Weise geometrisch und funktional an die Diodenlasereinrichtung angepasst werden.
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Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Verbindung des Anlagekörpers mit der mindestens einen Wärmeleiteinlage keine Lötverbindung aufweist. Insbesondere weist diese Verbindung keine Weich- oder Hartlote auf. Durch Vermeidung derartiger Hilfsstoffe wird verhindert, dass durch einen solchen zusätzlichen Wärmewiderstand die Wärmeübertragung zwischen der Diodenlasereinrichtung und der mindestens einen Kühleinrichtung verringert wird. Weiterhin kann so die Langzeitstabilität der Diodenlaseranordnung verbessert werden. Durch Reduktion oder Vermeidung derartiger Füge- oder Bearbeitungsprozesse können zudem die Kosten für die Diodenlaseranordnung gesenkt werden.
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Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Anlagekörper Kühlstrukturen zur Durchleitung eines Kühlfluids aufweist. Mittels des durch die Kühlstrukturen geleiteten Kühlfluids ist es möglich, Verlustwärme der Diodenlasereinrichtung zu übertragen und diese dadurch zu kühlen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kühlfluid um ein flüssiges Medium, besonders bevorzugt Wasser oder ein wasserbasiertes Medium. Alternativ ist vorzugsweise vorgesehen, ein gasförmiges Kühlfluid, beispielsweise Luft, zur Kühlung zu verwenden.
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Vorzugsweise weisen die Kühlstrukturen einen oder mehrere Kühlkanäle auf, durch welchen/welche das Kühlfluid führbar ist. Es ist möglich, dass solche Kühlstrukturen, insbesondere Kühlkanäle, zumindest bereichsweise von der mindestens einen Wärmeleiteinlage begrenzt sind, sodass eine direkte Wärmeübertragung zwischen dem Kühlfluid und der mindestens einen Wärmeleiteinlage in diesem Bereich möglich ist. Vorzugsweise sind Kühlstrukturen der angesprochenen Art, beispielsweise in Form von Rillen, in einem der Auflagefläche entgegengesetzt liegenden Bereich des Anlagekörpers eingebracht. Die Kühlstrukturen sind somit insbesondere auf der Seite der mindestens einen Kühleinrichtung beziehungsweise der mindestens einen Wärmeleiteinlage angeordnet, welche der Diodenlasereinrichtung abgewandt ist. Rillenförmige oder teiloffene Kühlstrukturen können beispielsweise mittels einer Deckplatte gegenüber einer Umgebung der Diodenlaseranordnung abgedichtet werden.
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Vorzugsweise sind die Kühlstrukturen zumindest abschnittsweise nach Art eines Mikrokanalkühlers ausgestaltet oder bilden einen Mikrokanalkühler. Mittels des Kühlfluids kann die Diodenlaseranordnung, insbesondere die Diodenlasereinrichtung, besonders effektiv und einfach gekühlt werden.
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Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Kühleinrichtung ein separates Kühlelement aufweist, welches mit dem Anlagekörper oder der mindestens einen Wärmeleiteinlage, vorzugsweise mit dem Anlagekörper und der mindestens einen Wärmeleiteinlage, thermisch gekoppelt ist. Insbesondere ist dieses Kühlelement insoweit separat ausgebildet, als es mit Bezug auf den Anlagekörper und/oder die mindestens eine Wärmeleiteinlage geometrisch abgrenzbar ausgebildet ist. Vorzugsweise liegt das separate Kühlelement zumindest bereichsweise an dem Anlagekörper an. Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise das separate Kühlelement an der mindestens einen Wärmeleiteinlage angeordnet. Insbesondere sind der Anlagekörper und die mindestens eine Wärmeleiteinlage dann als Submount zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen der Diodenlasereinrichtung und dem separaten Kühlelement ausgebildet.
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Insbesondere weist das separate Kühlelement Kühlstrukturen, beispielsweise Kühlkanäle auf, durch welche ein Kühlfluid zum Abtransport von Verlustwärme der Diodenlasereinrichtung führbar ist, um die Diodenlasereinrichtung zu kühlen. Vorzugsweise ist das separate Kühlelement zumindest bereichsweise als Mikrokanalkühler ausgebildet. Mittels des separaten Kühlelements ist eine besonders effektive Kühlung realisierbar. Weiterhin kann ein solches separates Kühlelement modular ausgestaltet werden, sodass es mit verschiedenen Diodenlasereinrichtungen, Anlagekörpern und Wärmeleiteinlagen kombinierbar ist.
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Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das separate Kühlelement mittels eines Kühlfluids kühlbar ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kühlfluid um ein flüssiges Medium, besonders bevorzugt Wasser oder ein wasserbasiertes Medium. Alternativ ist vorzugsweise vorgesehen, ein gasförmiges Kühlfluid, beispielsweise Luft, zur Kühlung zu verwenden. Eine Kühlung mittels eines Kühlfluids ist besonders effektiv und kostengünstig realisierbar.
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Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Anlagekörper oder die mindestens eine Wärmeleiteinlage, vorzugsweise der Anlagekörper und die mindestens eine Wärmeleiteinlage, mit dem separaten Kühlelement mittels Sintern oder Löten verbunden sind/ist. Mittels derartiger etablierter Technologien kann eine solche Verbindung kostengünstig umgesetzt werden.
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Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass zumindest ein Bestandteil der mindestens einen Kühleinrichtung mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt ist. Insbesondere ist ein Bereich des Anlagekörpers mit Kühlstrukturen, vorzugsweise auf der der Auflagefläche entgegengesetzt liegenden Seite, mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt. Es ist beispielsweise möglich, dass der Anlagekörper in einem ersten Schritt mittels Sintern und in einem zweiten Schritt mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt wird. Weiterhin ist es möglich, dass der Anlagekörper zumindest abschnittsweise direkt auf der mindestens einen Wärmeleiteinlage mittels eines additiven Fertigungsverfahrens aufgebaut wird. Bei einem solchen additiven Fertigungsverfahren handelt es sich insbesondere um ein lasergestütztes Fertigungsverfahren, vorzugsweise 3D-Drucken. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Pulverbettverfahren oder ein Freiraumverfahren handeln.
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Es wird eine Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die erfindungsgemäße Diodenlaseranordnung zwei Kühleinrichtungen aufweist, wobei eine erste Kühleinrichtung der zwei Kühleinrichtungen an einer ersten Seite der Diodenlasereinrichtung angeordnet ist, und wobei eine zweite Kühleinrichtung der zwei Kühleinrichtungen an einer der ersten Seite entgegengesetzt liegenden zweiten Seite der Diodenlasereinrichtung angeordnet ist. Die erste Seite der Diodenlasereinrichtung kann beispielsweise als p-Seite und die zweite Seite der Diodenlasereinrichtung als n-Seite, oder umgekehrt, ausgebildet sein. Bei der ersten und/oder der zweiten Kühleinrichtung handelt es sich insbesondere um eine Kühleinrichtung gemäß der zuvor ausgeführten Ausführungsformen.
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Insbesondere weisen die erste und die zweite Kühleinrichtung jeweils einen Anlagekörper und mindestens eine Wärmeleiteinlage auf. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Kühleinrichtung jeweils auf die spezifischen Erfordernisse einer p-Seite und einer n-Seite der Diodenlasereinrichtung, insbesondere bezüglich einer abzuführenden Verlustwärme, abgestimmt, wobei die erste und die zweite Kühleinrichtung insbesondere voneinander verschieden ausgebildet sind. Eine solche doppelseitige Kühlung der Diodenlasereinrichtung ist besonders effektiv.
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Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung einer Diodenlaseranordnung geschaffen wird. Besonders bevorzugt wird im Rahmen des Verfahrens eine Diodenlaseranordnung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsformen hergestellt. Im Rahmen des Verfahrens wird mindestens eine zum Kühlen einer Diodenlasereinrichtung eingerichtete Kühleinrichtung an der Diodenlasereinrichtung angeordnet. Dabei wird ein Anlagekörper der mindestens einen Kühleinrichtung, welcher insbesondere ein erstes Material aufweist, an der Diodenlasereinrichtung angeordnet. Weiterhin wird dabei mindestens eine Wärmeleiteinlage der mindestens einen Kühleinrichtung, welche insbesondere ein zweites Material aufweist, in den Anlagekörper eingebettet. Im Rahmen des Verfahrens ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Diodenlaseranordnung erläutert wurden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die mindestens eine Wärmeleiteinlage durch Sintern hergestellt. Anschließend wird vorzugsweise die mindestens eine Wärmeleiteinlage mittels Sintern, insbesondere in einem weiteren Sinterprozess, in den Anlagekörper eingebettet.
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Vorzugsweise wird die mindestens eine Wärmeleiteinlage und/oder der Anlagekörper insbesondere durch Auswahl und/oder Kombination geeigneter Werkstoffe und/oder durch eine geeignete Formgebung beziehungsweise Dimensionierung derart ausgestaltet, dass ein Wärmeausdehnungskoeffizient der jeweiligen mindestens einen Kühleinrichtung an einen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Diodenlasereinrichtung angepasst, vorzugsweise angeglichen, wird.
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Vorzugsweise wird anschließend der Anlagekörper mit der mindestens einen Wärmeleiteinlage zumindest bereichsweise mechanisch bearbeitet, um für eine Montage der Diodenlasereinrichtung erforderliche präzise Abmessungen und/oder eine plane Oberfläche und/oder eine geeignete Materialstärke herzustellen. Dies ist insbesondere möglich, da zumindest bereichsweise eine hinreichend große Schichtdicke vorliegt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird anschließend der Anlagekörper mit der mindestens einen Wärmeleiteinlage mit einem separaten Kühlelement mittels Sintern oder Löten verbunden. Alternativ oder zusätzlich werden vorzugsweise Kühlstrukturen, insbesondere Kühlkanäle, zur Durchleitung eines Kühlfluids in den Anlagekörper eingebracht. Diese Kühlstrukturen befinden sich insbesondere auf der der Auflagefläche entgegengesetzt liegenden Seite des Anlagekörpers. Vorzugsweise werden diese Strukturen, beispielsweise mittels einer Deckplatte, gegenüber einer Umgebung der erfindungsgemäßen Diodenlaseranordnung abgedichtet.
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Alternativ oder zusätzlich wird vorzugsweise die Herstellung der mindestens einen Wärmeleiteinlage und/oder des Anlagekörpers und/oder das Einbetten der mindestens einen Wärmeleiteinlage in den Anlagekörper zumindest abschnittsweise mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, vorzugsweise eines lasergestützten Fertigungsverfahrens, besonders bevorzugt 3D-Drucken, durchgeführt.
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Die Beschreibung der Diodenlaseranordnung einerseits sowie des Verfahrens zur Herstellung einer Diodenlaseranordnung andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Merkmale der Diodenlaseranordnung, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale einer bevorzugten Ausführungsform der Diodenlaseranordnung. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Diodenlaseranordnung erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Dieses zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus welcher durch wenigstens ein Merkmal einer erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsform der Diodenlaseranordnung bedingt ist. Die Diodenlaseranordnung zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Schritt einer erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Diodenlaseranordnung mit genau einer Kühleinrichtung im Längsschnitt,
- 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Diodenlaseranordnung mit zwei Kühleinrichtungen im Längsschnitt, und
- 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Diodenlaseranordnung mit genau einer Kühleinrichtung im Längsschnitt.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Diodenlaseranordnung 1 im Längsschnitt schematisch dargestellt. Die Diodenlaseranordnung 1 weist eine Diodenlasereinrichtung 3 auf. Beispielsweise weist die Diodenlasereinrichtung 3 einen Diodenlaserbarren mit mehreren Emittern auf oder ist als Diodenlaserbarren mit mehreren Emittern ausgebildet. Die Diodenlasereinrichtung 3 weist insbesondere einen Hochleistungsdiodenlaserbarren auf oder ist als Hochleistungsdiodenlaserbarren ausgebildet. Insbesondere ist/sind ein Emitter oder mehrere, vorzugsweise als Diodenlaserbarren ausgebildete, Emitter der angesprochenen Art als Kantenemitter ausgebildet. Die Diodenlasereinrichtung 3 ist insbesondere eingerichtet, um einen Laserstrahl im Wesentlichen in Richtung eines - aus Sicht eines Betrachters - nach links weisenden Pfeils 5 zu emittieren. Die Diodenlasereinrichtung 3 ist hier beispielhaft plattenförmig ausgebildet.
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Die Diodenlaseranordnung 1 weist weiterhin mindestens eine Kühleinrichtung 7 auf. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist genau eine solche Kühleinrichtung 7 vorgesehen. Die mindestens eine Kühleinrichtung 7 ist an der Diodenlasereinrichtung 3 angeordnet. Hier liegt die Kühleinrichtung 7 an der Diodenlasereinrichtung 3 an. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 erstreckt sich die Kühleinrichtung 7, insbesondere eine Auflagefläche 9 der Kühleinrichtung 7, auf welcher zumindest bereichsweise die Diodenlasereinrichtung 3 aufliegt, - aus Sicht des Betrachters - über ein rechtes Ende 10 der Diodenlasereinrichtung 3 hinaus.
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Die mindestens eine Kühleinrichtung 7 ist eingerichtet, um die Diodenlasereinrichtung 3 zu kühlen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 findet eine Wärmeübertragung insbesondere zwischen der Diodenlasereinrichtung 3 und der Kühleinrichtung 7 zumindest über Abschnitte der Auflagefläche 9 statt.
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Die mindestens eine Kühleinrichtung 7 weist einen Anlagekörper 11 und mindestens eine Wärmeleiteinlage 13 auf. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist genau eine Wärmeleiteinlage 13 vorgesehen, welche beispielhaft plattenförmig ausgebildet ist. Insbesondere ist die Wärmeleiteinlage 13 im Wesentlichen parallel zu der Diodenlasereinrichtung 3 sowie zu der Auflagefläche 9 angeordnet. Der Anlagekörper 11 weist ein erstes Material auf oder besteht aus einem ersten Material. Die mindestens eine Wärmeleiteinlage 13 weist ein von dem ersten Material verschiedenes zweites Material auf oder besteht aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material.
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Der Anlagekörper 11 ist an der Diodenlasereinrichtung 3 angeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 liegt die Diodenlasereinrichtung 3 an dem Anlagekörper 11 in einem Bereich der Auflagefläche 9 an. Die Auflagefläche 9 ist hier plan ausgebildet, sodass eine im Wesentlichen spaltfreie Anlage der Diodenlasereinrichtung 3 auf dem Anlagekörper 11 ermöglicht wird. Insbesondere erstreckt sich die Auflagefläche 9 - aus Sicht des Betrachters - so weit in eine Richtung in die Bildebene hinein und aus der Bildebene hinaus, dass die Diodenlasereinrichtung 3 mit einer ersten Seite 14 vollständig auf dieser aufliegt. Auf diese Weise wird eine besonders effektive Wärmeübertragung zwischen der Diodenlasereinrichtung 3 und der Kühleinrichtung 7 realisiert.
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Die mindestens eine Wärmeleiteinlage 13 ist in den Anlagekörper 11 eingebettet. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist die Wärmeleiteinlage 13 in einem Inneren des Anlagekörpers 11 angeordnet. Insbesondere ist hier die Wärmeleiteinlage 13 dabei an einem - aus Sicht des Betrachters - unterhalb der Bildebene liegenden Ende der Wärmeleiteinlage 13 und einem oberhalb der Bildebene liegenden Ende der Wärmeleiteinlage 13 von dem Anlagekörper 11 umgeben, sodass eine im Wesentlichen vollständige Umschließung der Wärmeleiteinlage 13 durch den Anlagekörper 11 realisiert ist.
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Der Anlagekörper 11 bildet hier eine geschlossene Hülle um die Wärmeleiteinlage 13. Eine Materialstärke des Anlagekörpers 11 im Bereich der Auflagefläche 9, gemäß 1 eine Erstreckung des zwischen der Wärmeleiteinlage 13 und der Auflagefläche 9 liegenden Abschnitts des Anlagekörpers 11, kann dabei konstant oder variierend ausgebildet sein. In 1 ist die Materialstärke in diesem Bereich beispielhaft konstant ausgebildet. Insbesondere ist eine Materialstärke der angesprochenen Art vor einer Montage der Diodenlasereinrichtung 3 derart dimensioniert, dass eine mechanische Bearbeitung, insbesondere eine Zerspanung mit geometrisch bestimmter und/oder geometrisch unbestimmter Schneide, möglich ist, um die Auflagefläche 9 zumindest abschnittsweise mit den für die Montage der Diodenlasereinrichtung 3 erforderlichen geometrischen Eigenschaften, beispielsweise einer Planarität, herzustellen.
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Optional weist das erste Material eine erste Wärmeleitfähigkeit auf, wobei das zweite Material eine zweite Wärmeleitfähigkeit aufweist, welche größer ist als die erste Wärmeleitfähigkeit. Das erste Material ist insbesondere Kupfer oder eine Kupferlegierung. Das zweite Material ist insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Kupfer-Diamant-Verbundmaterial, einem Silber-Diamant-Verbundmaterial und einem Carbon-Verbundmaterial.
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Insbesondere ist ein Wärmeausdehnungskoeffizient der mindestens einen Kühleinrichtung 7 derart auf einen Wärmeausdehnungskoeffizient der Diodenlasereinrichtung 3 abgestimmt, dass eine Verspannung der Diodenlasereinrichtung 3, insbesondere eines oder mehrerer Emitter der Diodenlasereinrichtung 3, vermieden wird.
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Optional ist die mindestens eine Wärmeleiteinlage 13 mittels Sintern hergestellt.
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Optional ist die mindestens eine Wärmeleiteinlage 13 mittels Sintern mit dem Anlagekörper 11 verbunden. Insbesondere ist der Anlagekörper 11 mittels Sintern hergestellt.
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Insbesondere weist eine Verbindung des Anlagekörpers 11 mit der mindestens einen Wärmeleiteinlage 13 keine Lötverbindung auf. Dabei sind insbesondere keine Weichlote oder Hartlote zur Verbindung des Anlagekörpers 11 und der mindestens einen Wärmeleiteinlage 13 vorgesehen.
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Optional weist der Anlagekörper 11 Kühlstrukturen zur Durchleitung eines Kühlfluids auf, was bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 nicht vorgesehen ist. Entsprechende Kühlstrukturen sind in 3 dargestellt. Gemäß 1 bilden der Anlagekörper 11 und die Wärmeleiteinlage 13 beispielhaft ein Submount, welches insbesondere die Wärmeableitung begünstigt.
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Optional weist die mindestens eine Kühleinrichtung 7 - wie in 1 dargestellt - ein separates Kühlelement 15 auf, welches mit dem Anlagekörper 11 und/oder der mindestens einen Wärmeleiteinlage 13 thermisch gekoppelt ist. Das separate Kühlelement 15 ist hier insbesondere bezüglich des Anlagekörpers 11 und der mindestens einen Wärmeleiteinlage 13 geometrisch abgrenzbar ausgebildet. Gemäß 1 liegt das separate Kühlelement 15 an dem Anlagekörper 11 an einer der Auflagefläche 9 entgegengesetzt liegenden Anschlussfläche 16 des Anlagekörpers 11 an, wobei eine thermische Kopplung mit dem Anlagekörper 11 und der Wärmeleiteinlage 13 realisiert ist. Über den Anlagekörper 11 und die Wärmeleiteinlage 13 wird mithin Verlustwärme von der Diodenlasereinrichtung 3 aufgenommen und an das separate Kühlelement 15 abgegeben. Aufgrund der guten mechanischen Bearbeitbarkeit des ersten Materials kann die Anschlussfläche 16 bezüglich ihrer Oberfläche und/oder Struktur an das separate Kühlelement 15 angepasst werden, sodass ein Wärmewiderstand bei der Wärmeübertragung zwischen dem Anlagekörper 11 und dem separaten Kühlelement 15 möglichst gering ausfällt.
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Vorzugsweise weist der Anlagekörper 11 zumindest in einem an die Diodenlasereinrichtung 3 angrenzenden Bereich entlang eines Teils der Auflagefläche 9 eine Materialstärke auf, welche vorzugsweise mindestens 5 µm und höchstens 100 µm, vorzugsweise mindestens 10 µm und höchstens 50 µm beträgt. Vorzugsweise weist der Anlagekörper 11 zumindest in einem an das separate Kühlelement 15 angrenzenden Bereich entlang der Anschlussfläche 16 eine Materialstärke auf, welche vorzugsweise mindestens 5 µm und höchstens 100 µm, vorzugsweise mindestens 10 µm und höchstens 50 µm beträgt. Mittels solcher Materialstärken wird eine effektive Wärmeübertragung zwischen der Diodenlasereinrichtung 3 und der Wärmeleiteinlage 13 sowie zwischen der Wärmeleiteinlage 13 und dem separaten Kühlelement 15 sichergestellt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird deutlich, dass insbesondere lokal durch die Diodenlasereinrichtung 3 über die Auflagefläche 9 in den Anlagekörper 11 mit der Wärmeleiteinlage 13 eingeleitete Verlustwärme mittels der Wärmeleiteinlage 13 vorzugsweise gleichmäßig über die Anschlussfläche 16 verteilt an das separate Kühlelement 15 abgegeben werden kann. Der Anlagekörper 11 mit der Wärmeleiteinlage 13 fungiert hier insbesondere als Wärmespreizer, wodurch die Effektivität der Wärmeableitung erhöht wird. Der Anlagekörper 11 mit der Wärmeleiteinlage 13 kann sich - aus Sicht des Betrachters gesehen - auch weiter als in 1 dargestellt nach rechts erstrecken, beispielsweise genauso weit wie das Kühlelement 15.
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Optional ist das separate Kühlelement 15 mittels eines Kühlfluids kühlbar. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist schematisch ein ein solches Kühlfluid führender Kühlkreislauf 17 dargestellt.
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Der Anlagekörper 11 und/oder die mindestens eine Wärmeleiteinlage 13 sind/ist insbesondere mittels Sintern oder Löten mit dem separaten Kühlelement 15 verbunden.
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In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Diodenlaseranordnung 1 im Längsschnitt schematisch dargestellt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Die Diodenlaseranordnung 1 weist hier zwei Kühleinrichtungen 7 der angesprochenen Art auf. Dabei ist eine erste Kühleinrichtung 7.1 der zwei Kühleinrichtungen 7 an der ersten Seite 14 der beispielhaft plattenförmig ausgebildeten Diodenlasereinrichtung 3 angeordnet. Eine zweite Kühleinrichtung 7.2 der zwei Kühleinrichtungen 7 ist an einer der ersten Seite 14 entgegengesetzt liegenden zweiten Seite 19 der Diodenlasereinrichtung 3 angeordnet.
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Die erste Kühleinrichtung 7.1 weist hier einen ersten Anlagekörper 11.1 der angesprochenen Art auf. Weiterhin weist die erste Kühleinrichtung 7.1 eine erste Wärmeleiteinlage 13.1a der angesprochenen Art und eine zweite Wärmeleiteinlage 13.1b der angesprochenen Art, welche jeweils in den ersten Anlagekörper 11.1 eingebettet sind, auf. Der erste Anlagekörper 11.1 mit der ersten Wärmeleiteinlage 13.1a und der zweiten Wärmeleiteinlage 13.1b erstreckt sich deutlich weiter über das rechte Ende 10 der Diodenlasereinrichtung 3 hinaus als der Anlagekörper 11 mit der Wärmeleiteinlage 13 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1. Beispielhaft kann die erste Wärmeleiteinlage 13.1a ein Kupfer-Diamant-Verbundmaterial oder ein Silber-Diamant-Verbundmaterial aufweisen, wobei die zweite Wärmeleiteinlage 13.1 b ein Carbon-Verbundmaterial aufweist.
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Die erste Wärmeleiteinlage 13.1a und die zweite Wärmeleiteinlage 13.1b der ersten Kühleinrichtung 7.1 sind jeweils plattenförmig ausgebildet und im Wesentlichen parallel zu der Auflagefläche 9 der ersten Kühleinrichtung 7.1 sowie zu der Diodenlasereinrichtung 3 angeordnet. Die erste Wärmeleiteinlage 13.1a der ersten Kühleinrichtung 7.1 ist hierbei - beabstandet über einen Abschnitt 21 des ersten Anlagekörpers 11.1 - direkt benachbart zu der Diodenlasereinrichtung 3 angeordnet, wobei die zweite Wärmeleiteinlage 13.1b der ersten Kühleinrichtung 7.1 zwischen der ersten Wärmeleiteinlage 13.1a und einem ersten separaten Kühlelement 15 der bereits angesprochenen Art der ersten Kühleinrichtung 7.1 angeordnet ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 liegen die erste Wärmeleiteinlage 13.1a und die zweite Wärmeleiteinlage 13.1b aneinander an.
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Vorzugsweise beträgt die Materialstärke des ersten Anlagekörpers 11.1 zumindest in einem an die Diodenlasereinrichtung 3 angrenzenden Bereich entlang eines Teils der Auflagefläche 9, insbesondere in dem Abschnitt 21, mindestens 5 µm und höchstens 100 µm, vorzugsweise mindestens 10 µm und höchstens 50 µm. Zumindest in einem an das erste separate Kühlelement 15 angrenzenden Bereich entlang der Anschlussfläche 16 beträgt die Materialstärke des ersten Anlagekörpers 11.1 vorzugsweise mindestens 5 µm und höchstens 100 µm, vorzugsweise mindestens 10 µm und höchstens 50 µm.
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Die zweite Kühleinrichtung 7.2 weist einen zweiten Anlagekörper 11.2 und eine Wärmeleiteinlage 13.2, welche in den zweiten Anlagekörper 11.2 eingebettet ist, auf. Die zweite Kühleinrichtung 7.2 erstreckt sich hier ebenso weit über das rechte Ende 10 der Diodenlasereinrichtung 3 hinaus wie die erste Kühleinrichtung 7.1. Weiterhin weist die zweite Kühleinrichtung 7.2 ein zweites separates Kühlelement 15 der bereits angesprochenen Art auf.
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Die Wärmeleiteinlage 13.2 der zweiten Kühleinrichtung 7.2 ist hier plattenförmig ausgebildet und im Wesentlichen parallel zu der Auflagefläche 9 der zweiten Kühleinrichtung 7.2 sowie zu der Diodenlasereinrichtung 3 angeordnet.
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Vorzugsweise beträgt die Materialstärke des zweiten Anlagekörpers 11.2 zumindest in einem an die Diodenlasereinrichtung 3 angrenzenden Bereich entlang eines Teils der Auflagefläche 9 mindestens 5 µm und höchstens 100 µm, vorzugsweise mindestens 10 µm und höchstens 50 µm. Vorzugsweise beträgt die Materialstärke des zweiten Anlagekörpers 11.2 zumindest in einem an das zweite separate Kühlelement 15 angrenzenden Bereich entlang der Anschlussfläche 16 mindestens 5 µm und höchstens 100 µm, vorzugsweise mindestens 10 µm und höchstens 50 µm.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird deutlich, dass insbesondere lokal durch die Diodenlasereinrichtung 3 über die Auflageflächen 9 in den ersten Anlagekörper 11.1 und den zweiten Anlagekörper 11.2 mit den Wärmeleiteinlagen 13.1a, 13.1b, 13.2 eingeleitete Verlustwärme mittels den Wärmeleiteinlagen 13.1a, 13.1b, 13.2 vorzugsweise jeweils gleichmäßig über die Anschlussflächen 16 verteilt an die separaten Kühlelemente 15 abgegeben werden kann. Im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist gemäß 2 das Verhältnis zwischen der Anschlussfläche 16 und einem Bereich der Auflagefläche 9, in welchen Verlustwärme eingeleitet wird, deutlich vergrößert. Auf diese Weise wird eine besonders effektive Wärmespreizung realisiert, wodurch die Effektivität der Wärmeableitung weiter erhöht wird.
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Es ist optional vorgesehen, dass über die erste Kühleinrichtung 7.1 und die zweite Kühleinrichtung 7.2 die Diodenlasereinrichtung 3 mit Strom versorgt wird, wobei insbesondere eine elektrische Verbindung der Diodenlasereinrichtung 3 über die der ersten Kühleinrichtung 7.1 und der zweiten Kühleinrichtung 7.2 jeweils zugeordneten Auflagenflächen 9 realisiert ist.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer Diodenlaseranordnung 1, insbesondere der Diodenlaseranordnung 1 gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, beschrieben. Im Rahmen des Verfahrens wird mindestens eine zum Kühlen einer Diodenlasereinrichtung 3 eingerichtete Kühleinrichtung 7, 7.1, 7.2 an der Diodenlasereinrichtung 3 angeordnet. Es wird ein Anlagekörper 11, 11.1, 11.2 der mindestens einen Kühleinrichtung 7, 7.1, 7.2 an der Diodenlasereinrichtung 3 angeordnet. Weiterhin wird mindestens eine Wärmeleiteinlage 13, 13.1a, 13.1b, 13.2 der mindestens einen Kühleinrichtung 7, 7.1, 7.2 in den Anlagekörper 11, 11.1, 11.2 eingebettet.
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In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Diodenlaseranordnung 1 dargestellt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Die Diodenlaseranordnung 1 weist bei diesem Ausführungsbeispiel genau eine Kühleinrichtung 7 auf, welche an der ersten Seite 14 der Diodenlasereinrichtung 3 angeordnet ist. Die Kühleinrichtung 7 weist den Anlagekörper 11 und die Wärmeleiteinlage 13 auf. Eine räumliche Erstreckung der Wärmeleiteinlage 13 - aus Sicht des Betrachters - nach rechts ist hier beispielhaft gewählt. Alternativ kann sich die Wärmeleiteinlage 13 weiter in Richtung eines äußersten rechten Endes des Anlagekörpers 11 erstrecken.
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Die Materialstärke des Anlagekörpers 11 ist in dem Abschnitt 21, in welchem die Diodenlasereinrichtung 3 über die Auflagefläche 9 an dem Anlagekörper 11 angeordnet ist, relativ klein ausgebildet. Die Materialstärke beträgt in dem Abschnitt 21 vorzugsweise mindestens 5 µm und höchstens 100 µm, vorzugsweise mindestens 10 µm und höchstens 50 µm.
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Auf einer der Auflagefläche 9 entgegengesetzt liegenden Seite des Anlagekörpers 11 weist der Anlagekörper 11 eine größere Materialstärke auf. Sie beträgt insbesondere zwischen einer Unterseite 23 der Wärmeleiteinlage 13 und einem Basisbereich 25 des Anlagekörpers 11 optional mindestens 1 mm, optional mindestens 3 mm, oder optional mindestens 5 mm.
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In dem Bereich zwischen der Unterseite 23 der Wärmeleiteinlage 13 und dem Basisbereich 25 des Anlagekörpers 11 weist der Anlagekörper 11 Kühlstrukturen 27 zur Durchleitung eines Kühlfluids auf, welche insbesondere Teil eines Kühlkreislaufs 17 sind. Eine Einbringung der Kühlstrukturen 27 in den Anlagekörper 11 ist mittels mechanischer Bearbeitung aufgrund der vorgesehenen Materialstärke in diesem Bereich einfach möglich. Die Kühlstrukturen 27 weisen eine Mehrzahl von Kühlkanälen auf, welche das Kühlfluid nahe an der Wärmeleiteinlage 13 entlang führen, sodass dort eine effektive Wärmeübertragung realsierbar ist. Beispielhaft wird hier das Kühlfluid über einen Zulauf 28 der Kühleinrichtung 7 in Richtung eines Pfeils 29 durch die Kühlstrukturen 27 in die Nähe der Wärmeleiteinlage 13 geführt, wobei es dort Wärme aufnehmen kann. Das Kühlfluid kann über in 3 nicht dargestellte Kühlstrukturen 27 wieder aus der Nähe der Wärmeleiteinlage 13 weggeführt werden.
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Um eine besonders effektive Wärmeübertragung zwischen der Wärmeleiteinlage 13 und den Kühlstrukturen 27 beziehungsweise dem darin geführten Kühlfluid in der Nähe der Wärmeleiteinlage 13 zu ermöglichen, ist die Materialstärke des Anlagekörpers 11 in einem Bereich zwischen der Unterseite 23 der Wärmeleiteinlage 13 und einem Wärmeaufnahmeabschnitt 31 der Kühlstrukturen 27 kleiner ausgebildet, wobei die Materialstärke vorzugsweise mindestens 5 µm und höchstens 100 µm, vorzugsweise mindestens 10 µm und höchstens 50 µm beträgt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 weisen die Kühlstrukturen 27 mehrere Wärmeaufnahmeabschnitte 31 auf.
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Optional ist zumindest ein Bestandteil der mindestens einen Kühleinrichtung 7, hier der genau einen Kühleinrichtung 7, mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt. Es ist möglich, dass der Anlagekörper 11 mittels eines additiven Fertigungsverfahrens in Kombination mit einem anderen Fertigungsverfahren, beispielsweise Sintern, hergestellt ist. Insbesondere kann zumindest ein Abschnitt des Anlagekörpers 11, welcher die Kühlstrukturen 27 aufweist, mittels eines additiven Fertigungsverfahrens realisiert sein. Es ist aber auch möglich, dass der Anlagekörper 11 komplett mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt ist.
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Der Anlagekörper 11 weist eine Deckplatte 33 auf, welche die Kühlstrukturen 27 in dem Basisbereich 25 des Anlagekörpers 11 gegenüber einer Umgebung der Diodenlaseranordnung 1 abgedichtet. Die Deckplatte 33 ist fest mit einem - aus Sicht des Betrachters - oberhalb der Deckplatte 33 liegenden Teil des Anlagekörpers 11 montiert. Alternativ ist optional vorgesehen, dass die Deckplatte 33 einstückig mit dem oberhalb der Deckplatte 33 liegenden Teil des Anlagekörpers 11 ausgebildet ist, wobei der Anlagekörper 11 mit den Kühlstrukturen 27 insbesondere mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt ist.
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Aufgrund der in dem Anlagekörper 11 vorgesehenen Kühlstrukturen 27 kann bei dem Ausführungsbeispiel der Diodenlaseranordnung 1 gemäß 3 auf ein separates, insbesondere von dem Anlagekörper 11 räumlich trennbares Kühlelement 15 der oben beschriebenen Art verzichtet werden.
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Insgesamt zeigt sich, dass mittels der Diodenlaseranordnung 1 und dem Verfahren zur Herstellung einer Diodenlaseranordnung 1 eine Kühlung der Diodenlasereinrichtung 3 verbessert und Herstellkosten gesenkt werden können.