(57)【要約】    【課題】複数個の高出力ダイオードレーザーから成る高出力ダイオードレーザー装置において、１つの半導体レーザーが故障した場合、相互接続された高出力ダイオードレーザーの交換の必要性を遅らせて、動作時間を長引かせる。    【解決手段】複数個の高出力ダイオードレーザーから成り、個々の高出力ダイオードレーザーがヒートシンクとカバー要素との間に半導体レーザーを有し、半導体レーザーがその電気接点に関し直列に接続されている高出力ダイオードレーザー装置に関する。各半導体レーザー（２）の電気接点は、半導体レーザーの故障時に電流を誘導する電子スイッチ装置（６，７，８）に対し並列に接続されている。    【選択図】図４
2005012222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の高出力ダイオードレーザーから成り、個々の高出力ダイオードレーザーがヒートシンクとカバー要素との間に半導体レーザーを有し、半導体レーザーがその電気接点に関し直列に接続されている高出力ダイオードレーザー装置において、
各半導体レーザーの電気接点が、半導体レーザーの故障時に電流を誘導する電子スイッチ装置に対し並列に接続されていることを特徴とする高出力ダイオードレーザー装置。
【請求項２】
電子スイッチ装置がヒートシンク（３）とカバー要素（４）との間に位置するように高出力ダイオードレーザー（１）に一体に組み込まれていることを特徴とする、請求項１に記載の高出力ダイオードレーザー装置。
【請求項３】
電子スイッチ装置が高出力ダイオードレーザー（１）の外側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の高出力ダイオードレーザー装置。
【請求項４】
電子スイッチ装置が少なくとも１つの半導体ダイオードをスイッチ要素として有していることを特徴とする、請求項２に記載の高出力ダイオードレーザー装置。
【請求項５】
電子スイッチ装置が複数個の半導体ダイオード（６，７，８）の直列接続部を有していることを特徴とする、請求項４に記載の高出力ダイオードレーザー装置。
【請求項６】
直列接続されている半導体ダイオード（６，７，８）が積層されていることを特徴とする、請求項５に記載の高出力ダイオードレーザー装置。
【請求項７】
直列接続されている半導体ダイオード（６，７，８）が１平面内に配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の高出力ダイオードレーザー装置。
【請求項８】
直列接続されている半導体ダイオード（６，７，８）がハイブリッド素子（１０または１５）として構成されていることを特徴とする、請求項６に記載の高出力ダイオードレーザー装置。
【請求項９】
直列接続されている半導体ダイオード（６，７，８）がハイブリッド素子（１０）として構成され、ハイブリッド素子（１０）の基層（１１）が鉛直方向の層列（１２）を担持し、該鉛直方向の層列（１２）がｎ型層とｐ型層を１対とした２対の層から成り、層対の間にニュートラル層（１３）が設けられ、下側の対が下側のｎ型層をヒートシンク（３）に対し電気的に接続させるための電気貫通接続部（１４）を有し、上側の対が上側のｐ型層により直接カバー要素（４）と電気的に接続されていることを特徴とする、請求項６に記載の高出力ダイオードレーザー装置。
【請求項１０】
直列接続されている半導体ダイオード（６，７，８）がハイブリッド素子（１５）として構成され、且つ互いに平行に位置する２つの基層（１６，１７）の間において実質的に１平面内に配置され、基層（１６，１７）のそれぞれがヒートシンク（３）およびカバー要素（４）とに対し電気接続するための貫通接触部（１８，１９）を有していることを特徴とする、請求項７に記載の高出力ダイオードレーザー装置。
【請求項１１】
電子スイッチ装置が受動的誘電体（２０）として構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の高出力ダイオードレーザー装置。
【請求項１２】
誘電体（２０）が導電性担持体（２１）の上に層として取り付けられ、誘電体（２０）がカバープレート（４）と結合され、導電性担持体（２１）がヒートシンク（３）と電気接触していることを特徴とする、請求項１１に記載の高出力ダイオードレーザー装置。
【請求項１３】
電子スイッチ装置がスイッチ素子としてトランジスタまたはサイリスタを有していることを特徴とする、請求項２に記載の高出力ダイオードレーザー装置。
【請求項１４】
電子スイッチ装置が２極スイッチ装置として構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の高出力ダイオードレーザー装置。
【請求項１５】
電子スイッチ装置に補助的に補助電圧が供給されることを特徴とする、請求項２または３に記載の高出力ダイオードレーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の高出力ダイオードレーザーから成り、個々の高出力ダイオードレーザーがヒートシンクとカバー要素との間に半導体レーザーを有し、半導体レーザーがその電気接点に関し直列に接続されている高出力ダイオードレーザー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高出力ダイオードレーザー装置は、産業的にレーザーで材料加工するために使用される以外に、固体レーザーをポンピングするため、また医学の分野でも使用される。高出力ダイオードレーザー装置の半導体レーザーはほとんどの場合レーザーダイオードバーとして構成され、必要なビームパワーを達成するために通常は電気的に直列に接続されている。
【０００３】
電気的に直列に接続する場合、並列接続ほどにはパワーユニットおよび給電装置に対し高度な要求は立てられないが、しかし１つのレーザーダイオードバーが故障すると、電気の流れが中断されて残りのすべての高出力ダイオードレーザーが停止することがあり、したがって、相互接続されたすべてのレーザー素子を頻繁に交換する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、複数個の高出力ダイオードレーザーから成る高出力ダイオードレーザー装置において、１つの半導体レーザーが故障した場合、相互接続された高出力ダイオードレーザーの交換の必要性を遅らせて、動作時間を長引かせることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するため、各半導体レーザーの電気接点が、半導体レーザーの故障時に電流を誘導する電子スイッチ装置に対し並列に接続されていることを特徴とするものである。
【０００６】
有利な実施形態によれば、電子スイッチ装置はヒートシンクとカバー要素との間に位置するように高出力ダイオードレーザーに一体に組み込まれている。他方、たとえばカプセリングされた高出力ダイオードレーザーの場合には、電子スイッチ装置が高出力ダイオードレーザーの外側に配置されているのが有利である。
【０００７】
電子スイッチ装置は少なくとも１つの半導体ダイオードをスイッチ要素として有しているが、積層配置または１平面内に配置した複数個の半導体ダイオードを直列接続するのがより好ましい。
【０００８】
半導体ダイオードは不連続な構成要素であってよいが、他の構成では、半導体ダイオードはハイブリッド素子として構成されている。
【０００９】
特に有利なのは、直列接続されている半導体ダイオードがハイブリッド素子として構成され、ハイブリッド素子の基層が鉛直方向の層列を担持し、該鉛直方向の層列がｎ型層とｐ型層を１対とした２対の層から成り、層対の間にニュートラル層が設けられている構成である。下側の対は下側のｎ型層をヒートシンクに対し電気的に接続させるための電気貫通接続部を有しているのに対し、上側の対は上側のｐ型層により直接カバー要素と電気的に接続されている。
【００１０】
出力損失の熱搬出をより好適にするためには、直列接続されている半導体ダイオードがハイブリッド素子として構成され、且つ互いに平行に位置する２つの基層の間において実質的に１平面内に配置され、基層のそれぞれがヒートシンクおよびカバー要素とに対し電気接続するための貫通接触部を有しているのが有利である。
【００１１】
他の構成では、電子スイッチ装置を受動的誘電体として構成してよい。誘電体は導電性担持体の上に層として取り付けられ、この場合誘電体はカバープレートと結合され、導電性担持体はヒートシンクと電気接触している。
【００１２】
さらに本発明によれば、電子スイッチ装置は、２極スイッチ装置として構成されている以外に、スイッチ要素としてのトランジスタまたはサイリスタの場合のように補助的に補助電圧が供給されるように構成されていてよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図１に図示したサンドイッチ状の高出力ダイオードレーザー１の場合、レーザーダイオードバー２として構成された半導体レーザーは、有利には銅から成っているヒートシンク３の上に実装されている。ヒートシンク３はｐ接点としても用いる。導電性を有するように構成されたカバー要素４はレーザーダイオードバー２のためのｎ接点を形成し、ｐ側とｎ側とをポテンシャル分離するために、絶縁層５を介してヒートシンク３から電気的に分離されている。
【００１４】
本明細書では、半導体レーザーという概念を使用する場合、いかなる限定も行わない。上記のバー形状（棒形形状）以外にも、もちろん他の形状も本発明に適している。個別のチップでもよい。しかし出力は１０Ｗ以上あるべきである。
【００１５】
出力を増大させるための相互接続は、通常図２のように行われる。これによれば、高出力ダイオードレーザー１は１平面内でレーザーダイオードバー２の長手側方向に並設され、且つレーザーダイオードバー２は電気的に直列接続されるので、その結果線状もしくは列状のレーザービームプロフィールを持った光源が形成される。
【００１６】
図３の他の配置構成では、高出力ダイオードレーザー１は重設され、いわゆるスタックを形成している。
【００１７】
図４に図示した回路配置構成では、直列に接続された３個の半導体ダイオード６，７，８が高出力ダイオードレーザー１のｐ接点およびｎ接点に対し並列に接続され、その流過電圧（屈曲電圧）は、典型的には１．１Ｖないし１．８Ｖである高出力ダイオードレーザー１の順方向電圧よりも大きい。
【００１８】
複数個の高出力ダイオードレーザーを直列接続して束ねた１個の高出力ダイオードレーザーが故障すると、その結果高抵抗状態になり、高抵抗の高出力ダイオードレーザーを通過する電流を半導体ダイオード６，７，８が受けるので、残っている無傷の高出力ダイオードレーザーの作動が保証される。
【００１９】
図５に図示した構成では、図１の絶縁層５の代わりに層構造９が設けられている。各層は不連続な半導体ダイオード６，７，８に相当している。
【００２０】
図６のハイブリッド素子１０は、有利には高出力ダイオードレーザー１に一体に取り付けられ、ヒートシンク３とカバー要素４との間に設けられるが、このハイブリッド素子１０も層構造を有している。ハイブリッド素子１０はダイオード直列接続を実現するもので、このため基層１１は鉛直方向の層列１２を担持し、層列１２はｎ型層とｐ型層を１対とした２対の層から成り、層対の間にはニュートラル層１３が設けられている。下側の対の場合、下側のｎ型層をヒートシンク３（ｐ接点）に対し電気的に接続させるための電気貫通接続部１４が必要であるのに対し、上側の対はその上側のｐ型層により直接カバー要素４（ｎ接点）と電気的に接続されている。
【００２１】
図７のハイブリッド素子１５も、図６のハイブリッド素子１０と同様に高出力ダイオードレーザー１に一体に組み込まれ、ヒートシンク３とカバー要素４との間に設けられている。図６のハイブリッド素子１０と異なるのは、直列に接続される半導体ダイオードが互いに平行に位置する２つの基層１６と１７の間において実質的に１平面内に配置され、ヒートシンク３（ｐ接点）およびカバー要素４（ｎ接点）に対する貫通接続部１８または１９が各基層１６，１７によって達成されている点である。その結果この構成でも並列接続が保証されている。
【００２２】
電子スイッチ装置を高出力ダイオードレーザー１に一体に組み込むと、空間高さがほぼ０．２５ｍｍ−０．５ｍｍと狭いので問題がないわけではないが、しかしこの種の電子スイッチ装置が各高出力ダイオードレーザー１に収納されていれば、鉛直方向に積層した高出力ダイオードレーザー１も、横方向に並設した高出力ダイオードレーザー１も保護されるという利点がある。
【００２３】
本発明は、ここで優先的に説明した半導体ダイオードまたは半導体素子に限定されるものではない。
【００２４】
すなわち、半導体ダイオードの代わりに、たとえばトランジスタやサイリスタのように、付加的な補助電圧で作動する能動素子をも使用できる。
【００２５】
半導体素子の代わりに、レーザーダイオードバー２が故障して高出力ダイオードレーザー１の順方向電圧を越えたときに絶縁作用を喪失するような適当なフォイルまたは誘電層をスイッチ装置として使用してもよい。これは不可逆的であってもよい。
【００２６】
この種の実施形態を図示した図８によれば、ヒートシンク３とカバー要素４との間に層状の誘電体２０が配置されている。誘電体２０は導電性の担持体２１上に取り付けられ、カバープレート４（ｎ接点）と直接接触している。導電性の担持体２１はヒートシンク３（ｐ接点）と電気的に接続されている。
【００２７】
本来ならば電気絶縁作用のある層状の誘電体２０は、レーザーダイオードバー２の機能障害のために高抵抗が発生したときに破壊電圧を超過し、電流が誘電体２０を介して誘導させるように選定されている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】高出力ダイオードレーザーの基本構成の側面図である。
【図２】高出力ダイオードレーザーの線状または列状配置構成を示す図である。
【図３】積層された高出力ダイオードレーザーの図である。
【図４】複数個の半導体ダイオードを直列接続した電子スイッチ装置の回路図である。
【図５】高出力ダイオードレーザー内でｎ型接点とｐ型接点との間に接続された不連続な半導体ダイオードの積層体を示す図である。
【図６】高出力ダイオードレーザーに一体に組み込まれたスイッチ素子であって、鉛直方向に層列を備えたハイブリッド素子としての前記スイッチ素子を示す図である。
【図７】高出力ダイオードレーザーに一体に組み込まれた他の実施形態のスイッチ素子であって、ハイブリッド素子としての前記スイッチ素子を示す図である。
【図８】高出力ダイオードレーザーに一体に組み込まれた受動的スイッチ素子を示す図である。
【図９】使用した半導体ダイオードの典型的な特性曲線を示す図である。
【図１０】たとえばトランジスタのような電子回路と絶縁破壊後の誘電層（直線に近い曲線）との特性曲線を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１                  高出力ダイオードレーザー
２                  レーザーダイオードバー
３                  ヒートシンク
４                  カバー要素
５                  絶縁層
６，７，８          半導体ダイオード
９                  層構造
１０                ハイブリッド素子
１１                基層
１２                層列
１３                ニュートラル層
１４                電気貫通接続部
１５                ハイブリッド素子
１６，１７          基層
１８，１９                電気貫通接続部
２０                誘電体
２１                導電性の担持体
【図１】
2005012222.tif 000003
【図２】
2005012222.tif 000004
【図３】
2005012222.tif 000005
【図４】
2005012222.tif 000006
【図５】
2005012222.tif 000007
【図６】
2005012222.tif 000008
【図７】
2005012222.tif 000009
【図８】
2005012222.tif 000010
【図９】
2005012222.tif 000011
【図１０】
2005012222.tif 000012