RU216498U1

RU216498U1 - diode pumping

Info

Publication number: RU216498U1
Application number: RU2022124613U
Authority: RU
Inventors: Вадим Александрович Панарин; Антон Андреевич Козырев; Михаил Юрьевич Старынин; Игорь Владимирович Галушка; Алексей Иванович Лепилов; Александр Валерьевич Кулаков; Анна Ивановна Зиновьева
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Инжект"
Filing date: 2022-09-19
Publication date: 2023-02-09

Abstract

Полезная модель относится к области создания устройств диодной накачки (полупроводниковой накачки). Технический результат заключается в повышении эрозионной и коррозионной стойкости при эффективной теплопередаче. Диодная накачка содержит, по крайней мере, два впускных отверстия для приема и направления хладагента и, по крайней мере, одно выравнивающее отверстие, включающая в себя набор лазерных диодов и послойно сплавленные друг с другом контактную пластину-макроканальный радиатор из не электрически проводящего материала, электрический контакт, изолятор и еще один слой электрического контакта, отличающаяся тем, что контактная пластина-макроканальный радиатор представляет собой цельный керамический слой, кроме того, один из электрических контактов сплавлен с керамической контактной пластиной-макроканальным радиатором, оба электрических контакта сплавлены с набором лазерных диодов.

The utility model relates to the field of diode pumping (semiconductor pumping) devices. The technical result consists in increasing the erosion and corrosion resistance with efficient heat transfer. The diode pump contains at least two inlets for receiving and directing the refrigerant and at least one equalizing hole, which includes a set of laser diodes and a contact plate fused to each other in layers - a macrochannel radiator made of a non-electrically conductive material, an electric contact, insulator and another layer of electrical contact, characterized in that the contact plate-macrochannel radiator is a solid ceramic layer, in addition, one of the electrical contacts is fused with a ceramic contact plate-macrochannel radiator, both electrical contacts are fused with a set of laser diodes.

Description

Полезная модель относится к области создания устройств диодной накачки (полупроводниковой накачки).The utility model relates to the field of diode pumping (semiconductor pumping) devices.

Полупроводниковые лазерные диоды и решетки лазерных диодов имеют множество преимуществ. Одним из преимуществ является малый размер полупроводниковой накачки лазерных диодов. Внутренние отражающие поверхности, создающие излучение в одном направлении, формируются путем скалывания подложки, из которой изготовлены лазерные диоды, и, таким образом, обладают высокой механической стабильностью.Semiconductor laser diodes and laser diode arrays have many advantages. One of the advantages is the small size of the semiconductor pump of laser diodes. Inner reflective surfaces emitting radiation in one direction are formed by chipping off the substrate from which the laser diodes are made, and thus have high mechanical stability.

Внешняя квантовая эффективность лазерных диодов и решеток лазерных диодов достигает 70%. Полупроводниковые лазерные диоды и решетки лазерных диодов обеспечивают генерацию лазерного излучения в диапазоне от ~ 0,7 мкм до ~ 20 мкм в зависимости от используемого полупроводникового сплава. Например, лазерные диоды, изготовленные из арсенида галлия с легированием алюминием (AlGaAs), излучают излучение с длиной волны ~ 800 нм, что близко к спектру поглощения обычных твердотельных лазерных стержней и пластин, изготовленных из легированных неодимом. Иттрий-алюминиевый гранат («Nd:YAG») и другие кристаллы и стекла. Таким образом, полупроводниковые лазерные диоды и решетки лазерных диодов могут использоваться в качестве источника оптической накачки для более крупных твердотельных лазерных систем.The external quantum efficiency of laser diodes and laser diode arrays reaches 70%. Semiconductor laser diodes and arrays of laser diodes provide generation of laser radiation in the range from ~ 0.7 μm to ~ 20 μm, depending on the semiconductor alloy used. For example, laser diodes made of aluminum-doped gallium arsenide (AlGaAs) emit radiation at a wavelength of ~800 nm, which is close to the absorption spectrum of conventional solid-state laser rods and plates made of neodymium doped. Yttrium aluminum garnet ("Nd:YAG") and other crystals and glasses. Thus, semiconductor laser diodes and laser diode arrays can be used as an optical pump source for larger solid state laser systems.

Применение полупроводниковых лазерных диодов и решеток лазерных диодов Ограничено большим тепловыделением на единицу площади лазерных диодов и РЛД, что приводит к повышенным температурам перехода и напряжениям, вызванным термоциклированием. Эффективность лазерного диода (решетки лазерных диодов) и срок службы уменьшаются по мере увеличения рабочей температуры в p-n-переходе.Application of semiconductor laser diodes and laser diode arrays Limited by high heat dissipation per unit area of laser diodes and laser diodes, which leads to increased junction temperatures and stresses caused by thermal cycling. The efficiency of a laser diode (array of laser diodes) and service life decrease as the operating temperature in the p-n junction increases.

Кроме того, длина волны излучения лазерного диода и решетки лазерных диодов зависит от температуры его перехода. Таким образом, когда требуется определенная длина волны на выходе, важно поддерживать постоянную температуру перехода. Например, AlGaAs лазерные диоды и решетки лазерных диодов, которые используются для накачки стержня или пластины Nd:YAG, должны обеспечивать генерацию лазерного излучения ~ 808 нм, вследствие оптимального поглощения энергии Nd:YAG на данной длине волны.In addition, the emission wavelength of a laser diode and a laser diode array depends on its junction temperature. Thus, when a specific output wavelength is required, it is important to maintain a constant junction temperature. For example, AlGaAs laser diodes and laser diode arrays that are used to pump a Nd:YAG rod or wafer must generate ~808 nm laser radiation due to the optimal energy absorption of Nd:YAG at this wavelength.

На каждые 3,5°С - 4,0°C отклонения температуры p-n-перехода лазерного диода AlGaAs длина волны смещается на 1 нм. Соответственно, контроль температуры p-n-перехода и, таким образом, эффективно рассеивание тепла имеет решающее значение.For every 3.5°C - 4.0°C temperature deviation of the p-n junction of the AlGaAs laser diode, the wavelength shifts by 1 nm. Accordingly, controlling the temperature of the p-n junction and thus effectively dissipating heat is critical.

В момент накачки лазерного активного элемента лазерными диодами и решетками лазерных диодов, рассеяние тепла становится более проблематичным, поскольку становится необходимым плотно упаковать множество отдельных диодов в массивы, которые генерируют необходимое количество мощности для более крупного твердотельного лазерного стержня или слэба. При увеличении плотности упаковки отдельных лазерных диодов и решеток лазерных диодов, пространство, доступное для отвода тепла от отдельных лазерных диодов и решеток лазерных диодов, уменьшается. Это усугубляет проблему отвода тепла от массива лазерных диодов и решеток лазерных диодов.Once the laser active element is pumped with laser diodes and laser diode arrays, heat dissipation becomes more problematic as it becomes necessary to densely pack many individual diodes into arrays that generate the required amount of power for a larger solid laser rod or slab. As the packing density of the individual laser diodes and laser diode arrays increases, the space available for heat dissipation from the individual laser diodes and laser diode arrays decreases. This exacerbates the problem of heat dissipation from the laser diode array and laser diode arrays.

В одном из типов системы охлаждения корпуса лазерных диодов (решеток лазерных диодов) используются микроканальные охладители, изготовленные из металлов, например, меди. Эти корпуса лазерных диодов имеют небольшие размеры, например, 1-2 мм толщиной, и через них проходят небольшие водяные каналы. Водяные каналы проходят близко к источнику тепла (т. е. лазерному диоду), что обеспечивает эффективную теплопередачу. Поскольку типичные канальные охладители изготавливаются из меди, электрический ток и водяной хладагент находятся в одном физическом пространстве. Следовательно, охлаждающая вода должна быть деионизирована. Тем не менее, использование деионизированной воды требует, чтобы все части, которые подвергаются воздействию воды, были из стекла, пластика, нержавеющей стали или с золотым покрытием. Детали, изготовленные не из этих материалов, обычно быстро изнашиваются из-за проблем с эрозией и коррозией. Соответственно, главная проблема, связанная с современными микроканальными охладителями, заключается в том, что они требуют сложной и дорогой системы деионизированной воды и дополнительную обработку частей радиатора, взаимодействующих с хладагентом, что в свою очередь не гарантирует долгосрочную наработку полупроводниковой накачки.One type of cooling system for laser diode housings (laser diode arrays) uses microchannel coolers made of metals such as copper. These laser diode packages are small, for example 1-2 mm thick, and have small water channels running through them. The water channels run close to the heat source (i.e. laser diode) for efficient heat transfer. Since typical duct coolers are made of copper, electrical current and water coolant are in the same physical space. Therefore, the cooling water must be deionized. However, the use of deionized water requires that all parts that are exposed to water be glass, plastic, stainless steel, or gold-plated. Parts made from materials other than these typically wear out quickly due to erosion and corrosion problems. Accordingly, the main problem associated with modern microchannel coolers is that they require a complex and expensive system of deionized water and additional processing of the parts of the radiator that interact with the coolant, which in turn does not guarantee long-term operation of the semiconductor pump.

Таким образом, существует потребность в канальной системе охлаждения лазерного диода, которая обеспечивает эффективную теплопередачу и исключает нахождение в одном физическом пространстве электрический ток и водяной хладагент.Thus, there is a need for a ducted laser diode cooling system that provides efficient heat transfer and eliminates the presence of electric current and water coolant in the same physical space.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является керамический охладитель на лазерном диоде (Патент US 8345720 B2), в котором пакет лазерного диода включает в себя лазерный диод, охладитель и схему управления, такую как интегральная схема. Лазерный диод используется для преобразования электрической энергии в оптическую энергию. Охладитель получает и направляет охлаждающую жидкость от источника охлаждения по внутренним каналам. Охладитель включает в себя множество керамических листов. Керамические листы сплавлены вместе. Керамические листы включают в себя дорожки или переходы, которые обеспечивают электропроводящие пути к интегральной схеме. Схема управления управляет выходной мощностью лазерного диода, например, выходной мощностью каждого из излучателей лазерного диода. Несколько пакетов лазерных диодов помещаются вместе, образуя массив.Closest to the claimed technical solution is a laser diode ceramic cooler (Patent US 8345720 B2), in which the laser diode package includes a laser diode, a cooler and a control circuit such as an integrated circuit. A laser diode is used to convert electrical energy into optical energy. The cooler receives and directs coolant from the cooling source through internal channels. The cooler includes a plurality of ceramic sheets. Ceramic sheets are fused together. The ceramic sheets include tracks or junctions that provide electrically conductive paths to the integrated circuit. The control circuit controls the output power of the laser diode, for example, the output power of each of the laser diode emitters. Several packages of laser diodes are placed together to form an array.

Задачей полезной модели является создание конструкции, исключающей процессы эрозии и коррозии каналов для прохождения хладагента, а также обеспечивающей эффективную теплопередачу с учетом оптимального согласования в конструкции значений коэффициентов теплового расширения (минимизирующая механическую нагрузку на лазерный диод во время работы) методом подбора толщин применяемых в сборке слоев и выбора профиля сечения каналов в контактной пластине-макроканальном радиаторе.The objective of the utility model is to create a structure that excludes the processes of erosion and corrosion of the channels for the passage of the refrigerant, as well as providing efficient heat transfer, taking into account the optimal matching of the values of the thermal expansion coefficients in the design (minimizing the mechanical load on the laser diode during operation) by selecting the thicknesses of the layers used in the assembly and selection of the channel section profile in the contact plate-macrochannel radiator.

Технический результат заключается в повышении эрозионной и коррозионной стойкости при эффективной теплопередаче (с учетом оптимального согласования в конструкции значений коэффициентов теплового расширения (минимизирующая механическую нагрузку на лазерный диод во время работы) методом подбора толщин применяемых в сборке слоев и выбора профиля сечения каналов в контактной пластине-макроканальном радиаторе) и сохранении компактности сборки на базе цельного макроканального керамического контактной пластины, исключающей паянные соединение или сплавление множества керамических слоев, что в свою очередь повышает надежность конструкции.The technical result consists in increasing the erosion and corrosion resistance with efficient heat transfer (taking into account the optimal coordination in the design of the values of the thermal expansion coefficients (minimizing the mechanical load on the laser diode during operation) by selecting the thicknesses of the layers used in the assembly and selecting the channel section profile in the contact plate - macrochannel heatsink) and maintaining the compactness of the assembly based on a solid macrochannel ceramic contact plate, which excludes soldered joints or fusion of many ceramic layers, which in turn increases the reliability of the design.

Заявленная полезная модель поясняется чертежом: фиг. 1, 2 - послойная конструкция решетки лазерных диодов. Позициями на чертежах обозначены: 1 - набор лазерных диодов; 2 - контактная пластина-макроканальный радиатор; 3 - электрические контакты (анод); 4 - изолятор; 5 - электрические контакты (катод); 6 - уплотнительные кольца; 7 - решетка лазерных диодов.The claimed utility model is illustrated by the drawing: Fig. 1, 2 - layered design of the array of laser diodes. Positions in the drawings indicate: 1 - a set of laser diodes; 2 - contact plate - macrochannel radiator; 3 - electrical contacts (anode); 4 - insulator; 5 - electrical contacts (cathode); 6 - sealing rings; 7 - array of laser diodes.

Диодная накачка включает в себя набор лазерных диодов 1 (фиг. 1, 2), контактную пластину-макроканальный радиатор 2, изолятор 4 и электрические контакты 3 и 5. Лазерные диоды 1 используются для преобразования электрической энергии в оптическую. Впускные отверстия в контактной пластине-макроканальном радиаторе 2, изоляторе 4 и электрических контактах 5 и 3 принимают и направляют хладагент от источника охлаждения по каналам. Контактная пластина-макроканальный радиатор 2 представляет собой цельный керамической слой. Электрические контакты 3 обеспечивают соединение цепи для формирования решетки лазерных диодов. Один из электрических контактов сплавлен с керамической контактной пластиной-макроканальным радиатором 2. Электрические контакты 3 и 5 сплавлены с лазерными диодами 1. Изолятор 4 сплавлен между электрических контактов 3 и обеспечивает их разделение.Diode pumping includes a set of laser diodes 1 (Fig. 1, 2), a contact plate-macrochannel radiator 2, an insulator 4 and electrical contacts 3 and 5. Laser diodes 1 are used to convert electrical energy into optical. Inlet openings in the contact plate-macro-channel radiator 2, insulator 4 and electrical contacts 5 and 3 receive and direct the refrigerant from the cooling source through the channels. The contact plate-macrochannel radiator 2 is a solid ceramic layer. Electrical contacts 3 provide a circuit connection to form the array of laser diodes. One of the electrical contacts is fused to a ceramic contact plate-macrochannel radiator 2. Electrical contacts 3 and 5 are fused to laser diodes 1. An insulator 4 is fused between the electrical contacts 3 and ensures their separation.

Впускные отверстия в цельной контактной пластине-макроканальном радиаторе сформированы сквозными отверстиями, образующими каналы круглого сечения для хладагента. В качестве альтернативного профиля сечения каналов для хладагента, возможно реализовать, например, отверстие с плоскими ребрами охлаждения, отверстие с решетчатой структурой ребер охлаждения или за счет нескольких сквозных отверстий, вписанных в общую окружность. Каждое впускное отверстие решетки лазерных диодов образует индивидуальный канал для прохождения хладагента, соответственно, каждое впускное отверстие может иметь собственные профиля сечения канала для хладагента.The inlet holes in the one-piece contact plate-macro-channel radiator are formed by through holes that form channels of circular cross section for the refrigerant. As an alternative sectional profile of the refrigerant channels, it is possible to realize, for example, an opening with flat cooling ribs, an opening with a lattice structure of cooling fins, or by means of several through holes inscribed in a common circle. Each inlet of the array of laser diodes forms an individual channel for the passage of the coolant, respectively, each inlet can have its own cross-sectional profile of the channel for the coolant.

Решетка лазерных диодов имеет впускные отверстия и выравнивающее отверстие. Входные отверстие обычно имеют одинаковый диаметр и форму, и используются, соответственно, для приема хладагента из источника охлаждения. Выравнивающее отверстие расположено в центре между выпускными отверстиями и имеет меньший диаметр. Центральное отверстие используется для выравнивания макроканального охладителя при установке его в сборку с другими макроканальными охладителями. Направляющий штифт вставляется в соответствующие выравнивающие отверстия отдельных корпусов решеток лазерных диодов. Пары уплотнительных колец вставлены в соответствующие входные отверстия для обеспечения прохода охлаждающей жидкости без утечек. Электрические контакты имеют больший диаметр впускных отверстий, что, в свою очередь, позволяет создать посадочное место для уплотнительных колец и обеспечить изоляцию электрических контактов и охлаждающей жидкости. Впускные отверстия изолятора также имеют больший диаметр, сопоставимый с диаметром впускных отверстий в электрических контактах.The laser diode array has inlet holes and a leveling hole. The inlets are usually of the same diameter and shape, and are used accordingly to receive the refrigerant from the cooling source. The equalization hole is located in the center between the outlet holes and has a smaller diameter. The center hole is used to align the macro duct cooler when installed in an assembly with other macro duct coolers. The guide pin is inserted into the corresponding alignment holes of the individual laser diode array housings. Pairs of o-rings are inserted into their respective inlets to ensure leak-free coolant passage. The electrical contacts have a larger diameter inlet, which in turn allows for seating for o-rings and insulates the electrical contacts and coolant. The insulator inlet holes also have a larger diameter comparable to the inlet holes in the electrical contacts.

Слои решетки лазерных диодов соединяются друг с другом при помощи термического процесса. Материал, из которого изготовлена контактная пластина-макроканальный радиатор не является электрически проводящим, что в свою очередь позволяет обеспечить как электрическую изоляцию, так и тепловую связь между лазерным диодом и охлаждающей жидкостью. Сборка образует впускные каналы для охлаждающей жидкости, позволяющие ей проходить через макроканальный охладитель.The layers of the laser diode array are bonded to each other through a thermal process. The material from which the contact plate-macrochannel radiator is made is not electrically conductive, which in turn allows for both electrical isolation and thermal coupling between the laser diode and the coolant. The assembly forms coolant inlets to allow coolant to pass through the macrochannel cooler.

В качестве альтернативы, электрические контакты могут быть изготовлены, например, из материалов на основе вольфрам-медных и молибден-медных сплавов. Электрический контакт (анод) или топология контактного слоя, образующего электрический контакт, могут быть сформированы металлизированными слоями (как одним, так и несколькими) поверх контактной пластины-макроканального радиатора.Alternatively, the electrical contacts may be made, for example, from materials based on tungsten-copper and molybdenum-copper alloys. The electrical contact (anode) or the topology of the contact layer forming the electrical contact can be formed by metallized layers (either one or more) over the contact plate-macrochannel heatsink.

В качестве альтернативы, контактная пластина-макроканальный радиатор может быть изготовлена из таких материалов, как, например, алмаз, карбид кремния, оксид бериллия и других подобных материалов. Основной материал контактной пластины-макроканального радиатора выбран исходя из его низкой электропроводности, что необходимо для предотвращения смешивания теплоносителя и электрического тока. Применение материала с низкой электропроводностью для контактной пластины-макроканального радиатора устраняет необходимость использования в системе деионизированной воды. Например, в системе может использоваться любой другой проводящий хладагент.Alternatively, the contact plate-macrochannel heatsink can be made from materials such as diamond, silicon carbide, beryllium oxide, and the like. The main material of the contact plate-macrochannel radiator is chosen based on its low electrical conductivity, which is necessary to prevent mixing of the coolant and electric current. The use of a low electrical conductivity material for the contact plate-macrochannel heatsink eliminates the need for deionized water in the system. For example, any other conductive refrigerant can be used in the system.

Применение в сборке материалов с низкой электропроводностью и высокой теплопроводностью с учетом оптимального согласования в конструкции значений коэффициентов теплового расширения (минимизирующая механическую нагрузку на лазерный диод во время работы) методом подбора толщин применяемых в сборке слоев и выбора профиля сечения каналов в контактной пластине-макроканальном радиаторе позволяет обеспечить эффективное теплоотведение и сохранить минимальный шаг между линейками лазерных диодов с высокой плотностью мощности. Таким образом, система обеспечивает высокую теплоотводящую способность, эрозионную и коррозионную стойкость при сохранении компактности сборки.The use in the assembly of materials with low electrical conductivity and high thermal conductivity, taking into account the optimal matching in the design of the values of thermal expansion coefficients (minimizing the mechanical load on the laser diode during operation) by selecting the thicknesses of the layers used in the assembly and selecting the channel cross-section profile in the contact plate-macrochannel radiator, allows provide efficient heat dissipation and keep the minimum step between the lines of laser diodes with high power density. Thus, the system provides high heat dissipation capacity, erosion and corrosion resistance while maintaining a compact assembly.

Соединение электрических контактов двух соседних линеек лазерных диодов обеспечивает образование пути для электрической цепи. Поскольку электрический путь электрически изолирован от пути охлаждающей жидкости, в сборке возможно использовать, например, недеионизированную воду в качестве охлаждающей жидкости.Connecting the electrical contacts of two adjacent arrays of laser diodes provides a path for the electrical circuit. Because the electrical path is electrically isolated from the coolant path, it is possible for the assembly to use, for example, non-deionized water as the coolant.

Линейка лазерных диодов работает следующим образом.The line of laser diodes works as follows.

Решетка лазерных диодов (фиг. 2) (7) или набор решеток лазерных диодов выравнивают через центральное отверстие. Направляющий штифт вставляют в соответствующее выравнивающие отверстие решетки лазерных диодов или набора решеток лазерных диодов. Дополнительно, относительно центрального отверстия решетки лазерных диодов, выравниваю входные и выходные фланцы диодной накачки (обеспечивающие соединение каналов решетки лазерных диодов с внешней системой охлаждения), между которыми зажимается решетка лазерных диодов или набор решеток лазерных диодов. Фланцы диодной накачки имеют центральное отверстие, через которое проходит штифт, один из фланцев может иметь резьбовое центральное отверстие. Один из фланцев имеет посадочные места для установки уплотнительных колец, прижатие которых осуществляется решеткой лазерных диодов со стороны контактной пластины-макроканального радиатора (2). Со стороны фланца без посадочных мест для уплотнительных колец допускается установка изоляционного слоя, с целью исключения распространения электрической цепи на фланец. Сформированная сборка образует общие каналы для прохождения хладагента. Герметичность соединений обеспечивается за счет установленных уплотнительных колец (6) в посадочные места, образованные большими диаметрами в электрическом контакте (анод) (3), изоляторе (4) и электрическом контакте (катод) (5), на каждой решетке лазерных диодов. Сжатие уплотнительных колец (6), установленных в посадочные места на решетке лазерных диодов, обеспечивается за счет прижатия последующей решетки лазерных диодов со стороны контактной пластины-макроканального радиатора (2), в случае набора решеток лазерных диодов, и фланца без уплотнительных колец (или только фланцем, при размещении между фланцами одной решетки лазерных диодов (7)). При помощи резьбового центрального отверстия в одном из фланцев и одной шестигранной гайки или двух шестигранных гаек осуществляется затяжка гаек (с внешних сторон фланцев) для обеспечения прохода охлаждающей жидкости от внешней системы охлаждения по образованным каналам сборки и обратно без утечек с учетом определенного момента затяжки.The array of laser diodes (FIG. 2) (7) or the array of laser diodes is aligned through the central hole. The guide pin is inserted into the corresponding alignment hole of the laser diode array or laser diode array set. Additionally, with respect to the central hole of the laser diode array, I align the input and output flanges of the diode pumping (providing the connection of the channels of the laser diode array with the external cooling system), between which the laser diode array or a set of laser diode arrays is clamped. Diode pump flanges have a central hole through which a pin passes, one of the flanges may have a threaded central hole. One of the flanges has seats for installing sealing rings, which are pressed by a laser diode array from the side of the contact plate-macrochannel radiator (2). It is allowed to install an insulating layer on the side of the flange without seats for sealing rings in order to prevent the spread of the electrical circuit to the flange. The formed assembly forms common channels for the passage of the refrigerant. The tightness of the connections is ensured by the installed sealing rings (6) in the seats formed by large diameters in the electrical contact (anode) (3), insulator (4) and electrical contact (cathode) (5), on each array of laser diodes. The compression of the sealing rings (6) installed in the seats on the laser diode array is ensured by pressing the subsequent laser diode array from the side of the contact plate-macrochannel radiator (2), in the case of a set of laser diode arrays, and the flange without sealing rings (or only flange, when placed between the flanges of one array of laser diodes (7)). Using a threaded central hole in one of the flanges and one hex nut or two hex nuts, the nuts (on the outer sides of the flanges) are tightened to ensure the passage of coolant from the external cooling system through the formed assembly channels and back without leakage, taking into account a certain tightening torque.

Подача электрического питания осуществляется на электрические контакты решетки лазерных диодов (3 и 5) от внешнего источника питания в соответствии с полярностью, в случае подключения одной решетки лазерных диодов в сборке. В качестве примера, подача электрического питания возможна при помощи пайки контактных клемм внешнего источника питания к электрическим контактам (3 и 5) решетки лазерных диодов в соответствии с полярностью. В случае набора решеток лазерных диодов в сборке подача положительного потенциала от внешнего источника питания осуществляется на электрический контакт (анод) (3) первой решетки лазерных диодов со стороны фланца с посадочными местами для уплотнительных колец, отрицательный потенциал - на электрический контакт (катод) (5) последней решетки лазерных диодов в сборке. Начиная с первой решетки лазерных диодов со стороны фланца с посадочными местами для уплотнительных колец, электрический контакт (катод) (5) первой решетки лазерных диодов соединяется с электрическим контактом (анод) (3) следующей решетки лазерных диодов, например, при помощи пайки. Соединение разноименных электрических контактов (3 и 5) соседних решеток лазерных диодов продолжается по аналогичному методу, отраженному выше, для всего набора решеток лазерных диодов с целью образования последовательной и замкнутой электрической цепи.Electric power is supplied to the electrical contacts of the array of laser diodes (3 and 5) from an external power source in accordance with the polarity, in the case of connecting one array of laser diodes in the assembly. As an example, the supply of electrical power is possible by soldering the contact terminals of the external power supply to the electrical contacts (3 and 5) of the array of laser diodes in accordance with the polarity. In the case of a set of arrays of laser diodes in the assembly, the positive potential is supplied from an external power source to the electrical contact (anode) (3) of the first array of laser diodes from the side of the flange with seats for sealing rings, the negative potential is applied to the electrical contact (cathode) (5 ) of the last array of laser diodes in the assembly. Starting from the first laser diode array on the O-ring flange side, the electrical contact (cathode) (5) of the first laser diode array is connected to the electrical contact (anode) (3) of the next laser diode array, e.g. by soldering. The connection of opposite electrical contacts (3 and 5) of neighboring laser diode arrays continues according to the same method described above for the entire set of laser diode arrays in order to form a series and closed electrical circuit.

Допускается подача электрического питания на входные и выходные фланцы диодной накачки. В случае подачи электропитания на входные и выходные фланцы диодной накачки со стороны фланца без посадочных мест для уплотнительных колец должен быть исключен изоляционный слой, к фланцу с посадочными места для уплотнительных колец необходимо присоединить электрический контакт (3) решетки лазерных диодов, прижатой через уплотнительные кольца к данному фланцу, например, при помощи пайки. Электрическая клемма от внешнего источника питания с положительным потенциалом подключается к фланцу с посадочными места для уплотнительных колец, клемма с отрицательным потенциалом - к фланцу без посадочных мест для уплотнительных колец.It is allowed to supply electric power to the input and output flanges of the diode pumping. If power is supplied to the input and output flanges of the diode pumping from the side of the flange without seats for O-rings, the insulating layer must be excluded, it is necessary to connect the electrical contact (3) of the array of laser diodes pressed through the O-rings to the flange with seats for O-rings. this flange, for example by soldering. An electrical terminal from an external power source with a positive potential is connected to the flange with seats for sealing rings, a terminal with a negative potential - to a flange without seats for sealing rings.

Таким образом, сборка устраняет необходимость использования деионизированной воды и обеспечивает высокую охлаждающую способность за счет использования неэлектропроводного материала для направления охлаждающей жидкости. В отличие от стандартных медных (коэффициент теплового расширения (КТР) ~ 16⋅10^-6°С^-1) и керамических (КТР ~ 4,6⋅10^-6°С^-1) макроканальных охладителей, керамическая сборка с подобранной толщиной медного электрического контакта («анод») или контактного слоя по настоящему изобретению также снижает механическую нагрузку на лазерный диод во время работы. Это связано с тем, что керамическая контактная пластина-макроканальный радиатор или контактная пластина-макроканальный радиатор из альтернативного материала (алмаз, карбид кремния, оксид бериллия и других подобных материалов) с подобранной толщиной медного (или слоя на основе вольфрам-медных и молибден-медных сплавов и других подобных материалов) электрического контакта («анод») или контактного слоя, сформированного металлизированными слоями (как одним, так и несколькими) поверх контактной пластины-макроканального радиатора, позволяют достичь коэффициента теплового расширения, более близкие к значению коэффициента теплового расширения (КТР ~ 6⋅10^-6°С^-1) основного материала (арсенид галлия) лазерных диодов, и обеспечить эффективную теплопередачу конструкции.The assembly thus eliminates the need for deionized water and provides high cooling capacity by using a non-conductive material to guide the coolant. Unlike standard copper (thermal expansion coefficient (CTE) ~ 16⋅10 ^-6 °C ^-1 ) and ceramic (CTE ~ 4.6⋅10 ^-6 °C ^-1 ) macrochannel coolers, a ceramic assembly with a selected thickness of copper electrical contact ("anode") or contact layer of the present invention also reduces the mechanical stress on the laser diode during operation. This is due to the fact that a ceramic contact plate-macrochannel radiator or a contact plate-macrochannel radiator made of an alternative material (diamond, silicon carbide, beryllium oxide and other similar materials) with a selected thickness of copper (or a layer based on tungsten-copper and molybdenum-copper alloys and other similar materials) an electrical contact (“anode”) or a contact layer formed by metallized layers (either one or several) on top of a contact plate-macrochannel radiator, allow you to achieve a coefficient of thermal expansion closer to the value of the coefficient of thermal expansion (CTE ~ 6⋅10 ^-6 °С ^-1 ) of the base material (gallium arsenide) of laser diodes, and ensure efficient heat transfer of the structure.

Claims

Diode pumping, containing at least two inlet holes for receiving and directing the refrigerant and at least one equalizing hole, including a set of laser diodes and layer-by-layer contact plate-macro-channel radiator made of non-electrically conductive material fused to each other, an electrical contact, an insulator and another layer of electrical contact, characterized in that the contact plate-macrochannel radiator is a single ceramic layer, in addition, one of the electrical contacts is fused with a ceramic contact plate-macrochannel radiator, both electrical contacts are fused with a set of laser diodes .