(57)【要約】  ダイオードレーザバーアッセンブリが、比較的低い熱抵抗を示すよう形成され、内部応力状態を管理できる条件範囲が広くなる。特に、従来技術のサブマウント構造が、プレートレット対（１２，１４）に置き換えられて、ダイオードレーザバー（１０）の上下に配置され、「サンドウィッチ」構造を形成している。下側プレートレット（１４）は、ヒートシンク（１６）とダイオードレーザバー（１０）との間に配置されている。したがって、下側プレートレットが比較的薄くなり、熱抵抗が低い構造ができる。上側および下側プレートレットの組み合わせにより、特定の状況の応力状態に最も良く適合する様々な構造および設計を作ることができる。ＬＤバーは、ＧａＡｓ半導体をベースにしており、ヒートシンクは銅でできており、プレートレットをＣｕＷで作って、ＬＤバーとヒートシンクとの間の応力を低減している。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオードレーザバーアッセンブリにおいて、
バーの前側端面に渡って横方向に配置された発光領域アレイを具える半導体レーザダイオードのバーであって、当該バーが、下側主面と、対向する上側主面とを具え、前記前側端面が、前記上側主面と前記下側主面との間に直交して延在する、半導体レーザダイオードのバーと、
ヒートシンクと、
前記ヒートシンクと前記半導体レーザダイオードのバーの前記下側主面との間に配置された下側プレートレットであって、前記半導体レーザダイオードのバーから前記ヒートシンクへ、前記半導体レーザダイオードのバーの前記上側主面と前記下側主面に対して垂直な方向に熱の流れを提供し、適当なはんだ材料を用いて所定の位置に固定されている下側プレートレットと、
前記半導体レーザダイオードのバーの前記上側主面の上に配置され固定されている上側プレートレットとを具え、
前記下側プレートレットと前記上側プレートレットの寸法および材料が、前記アッセンブリ内の応力状態もまた管理しつつ、前記半導体レーザダイオードのバーと前記ヒートシンクとの間に低熱抵抗の経路を作るように選択されていることを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のダイオードレーザアッセンブリにおいて、前記下側プレートレットと前記上側プレートレットが、同じ材料で形成されていることを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【請求項３】
請求項２に記載のダイオードレーザアッセンブリにおいて、前記下側プレートレットと前記上側プレートレットの形成に使用する前記材料が、モリブデン、シリコンおよびＣｕｘＷ（ｘ≦８）から成る群から選択されることを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【請求項４】
請求項２に記載のダイオードレーザバーアッセンブリにおいて、前記下側プレートレットと前記上側プレートレットの形成に使用する材料が、ｘ≧１２のＣｕｘＷから成る群から選択されることを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【請求項５】
請求項１に記載のダイオードレーザバーアッセンブリにおいて、前記下側プレートレットと前記上側プレートレットが、異なる材料で形成されていることを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【請求項６】
請求項５に記載のダイオードレーザバーアッセンブリにおいて、前記下側プレートレットと前記上側プレートレットの形成に使用する前記材料が、モリブデン、シリコンおよびＣｕｘＷ（ｘ≦８）から成る群から選択され、各プレートレットが異なる材料で形成されていることを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【請求項７】
請求項１に記載のダイオードレーザバーアッセンブリにおいて、前記上側プレートレットと下側プレートレットが、ほぼ同じ厚さになるように形成されていることを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【請求項８】
請求項７に記載のダイオードレーザバーアッセンブリにおいて、前記上側プレートレットと下側プレートレットの厚さが、およそ１００μｍ乃至３００μｍの範囲内にあることを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【請求項９】
請求項１に記載のダイオードレーザバーアッセンブリにおいて、前記上側プレートレットと下側プレートレットが、異なる厚さになるように形成されていることを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【請求項１０】
請求項９に記載のダイオードレーザバーアッセンブリにおいて、前記下側プレートレットの厚さが、前記上側プレートレットよりも薄く形成され、このより薄い下側プレートレットにより、前記ヒートシンクへ熱抵抗が低い経路を提供することを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【請求項１１】
請求項９に記載のダイオードレーザバーアッセンブリにおいて、前記下側プレートレットの厚さが、５０μｍ乃至２００μｍの範囲であり、前記上側プレートレットの厚さが、１００μｍ乃至３００μｍの厚さであることを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【請求項１２】
請求項１に記載のダイオードレーザバーアッセンブリにおいて、固相線温度が少なくとも２００℃のはんだを用いて、前記ヒートシンクと前記半導体レーザダイオードのバーの下側主面との間に前記下側プレートレットを固定していることを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のダイオードレーザバーアッセンブリにおいて、前記はんだがＡｕＳｎを含むことを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【請求項１４】
請求項１２に記載のダイオードレーザバーアッセンブリにおいて、固相線温度が少なくとも２００℃のはんだを用いて、前記半導体レーザダイオードのバーの上側主面に前記上側プレートレットを固定していることを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のダイオードレーザバーアッセンブリにおいて、前記はんだがＡｕＳｎを含むことを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【請求項１６】
請求項１に記載のダイオードレーザバーアッセンブリにおいて、前記半導体レーザダイオードのバーが、半導体レーザダイオードのＩＩＩ−Ｖベースのバーを具えており、
およそ６．５ｐｐｍ／Ｋの熱膨張率（ＣＴＥ）を示し、
前記ヒートシンクが、ＣＴＥがおよそ１６ｐｐｍ／Ｋの銅材料を含むことを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のダイオードレーザバーアッセンブリにおいて、前記上側プレートレットと前記下側プレートレットが、ＣＴＥがおよそ２ｐｐｍ／Ｋ乃至６ｐｐｍ／Ｋの材料で形成されていることを特徴とするダイオードレーザバーアッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願の相互参照〕
本出願は、２０１５年５月１９日に出願された米国仮出願第６２／１６３，５１８号の優先権を主張し、参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、ダイオードレーザバーアッセンブリに関し、より詳細には、応力により引き起こされたパフォーマンスおよび耐性に関する制限に適応しながら低熱抵抗を提供するという対立する問題に対処するアッセンブリに関する。
【背景技術】
【０００３】
ダイオードバーは、広域エミッタの１次元アレイ、または代替的に１０乃至２０の細いストライプを含むサブアレイを具える高出力半導体レーザである。ダイオードバーは、通常２０乃至５０のエミッタを具えており、各エミッタの幅は、およそ１００μｍである。典型的な商業用デバイスは、幅およそ１０ｍｍで、長さ１乃至５ｍｍオーダのレーザ共振器を具える。このサイズのデバイスは、非常に簡単に数十から数百ワットの出力電力を生成することができる。２５０Ｗまでの電力レベルの連続出力電力が、商業的には入手可能である。
【０００４】
電気的には、一連の発光領域がすべて並列に接続されており、したがって、相当な駆動電流が必要となり（特にエミッタが５０以上の構造について）、この一連の発光領域は、入力電流各１アンペアにつき大体１ワットの出力電力が提供され、数十アンペア（または数百アンペアもの）オーダであり得る。ダイオードバーの重要な設計パラメータは、エミッタの数、エミッタの幅および間隔に基づく。ビームの質および明るさに関しては、狭い間隔で配置した少数のエミッタから出力電力を得るのが理想的である。
【０００５】
高出力で駆動する必要があることにより、非常に多量の熱が生成される。ダイオードレーザバーの基準に合ったパフォーマンス（つまり、２０ｋｈ以上）を妥当な耐用年数にわたって維持するには、ダイオードバーを、ヒートシンクに取り付ける、または熱抵抗が低い構成中に設ける必要がある。従来のヒートシンク材料（銅など）は、ダイオードレーザバー自体の熱膨張率（ＣＴＥ）と異なるＣＴＥを示す。このＣＴＥの不適合性が、ダイオードレーザバーをヒートシンクに取付ける高温プロセスの間に、ヒートシンクとダイオードレーザバーとの間の機械的な応力となっている。はんだ付けプロセスに必要な高温では、ヒートシンクは、ダイオードレーザバーよりもより多く膨張する。この組み合わせが室温に戻り、ヒートシンクとダイオードレーザバーの両方が収縮すると、ヒートシンクがダイオードレーザバーよりも多く収縮し、インターフェースに機械的な応力が生じ、これは構造内の「フリーズ」と考えられる。動作温度は室温と比較していくらか高いが、ほんのわずかな応力緩和が予想できる。
【０００６】
この応力の存在により、ダイオードレーザバーの横方向への拡張に沿って湾曲（しばしば「スマイル」とも呼ばれる）が形成される。この望ましくないスマイルアーティファクトは、ダイオードバーからのビームの集束能力に悪影響があることが知られている。
【０００７】
したがって、ＣＴＥの不適合性に関連する応力変化に適応しつつ、比較的低い熱抵抗値を維持できるダイオードレーザバーアッセンブリが求められている。
【発明の概要】
【０００８】
ダイオードレーザバーアッセンブリに関する本発明は、従来技術に残るこの要求に取り組むものであり、より詳細には、応力によって生じるパフォーマンスおよび耐用年数の変化に適応しながら低熱抵抗を提供するという対立する問題に対処するものである。
【０００９】
本発明によれば、従来技術におけるサブマウント構造が、１対のプレートレットで置き換えられており、ダイオードレーザバーの上下に配置して、「サンドウィッチ」構造を形成している。下側プレートレットは、ヒートシンク（クーラー）と、ダイオードレーザバーとの間に配置されている。したがって、下側プレートレットは比較的薄くてもよく、低い熱抵抗構造ができる。上側および下側プレートレットの組合せにより、特定の状況の応力状態に最も適応した様々な構造および設計を作ることができる。
【００１０】
特に、上側および下側プレートレットの形成に使用する材料、並びにこのプレートレットの厚さを制御して、ダイオードレーザバーアッセンブリのパフォーマンスを最適化することができる。実際、プレートレットは様々な材料から形成することができ、および/または様々な厚さにすることができる。これら数多くのバリエーションにより、デバイスに組み込むべき応力状況のアプリケーションに特化した調整が可能となる。
【００１１】
ヒートシンクの膨張特性と組み合わせて用いられる１対のプレートレットが、アッセンブリ全体の機械的応力管理を提供する。１対の別個のプレートレットを使用することにより（従来技術における通常のシングルサブマウントとは反対に）、適応可能な応力条件の範囲が広がる。つまり、上側プレートレットを追加することにより、ダイオードレーザバー内の機械的応力を制御する追加的な状態や可能性が生じる。同時に、下側プレートレットは、（従来技術のサブマウントの厚さと比較して）相対的に薄くすることができ、したがって、アッセンブリの熱抵抗が下がり、ダイオードレーザバーからヒートシンクへの熱伝導効率が上がる。
【００１２】
本発明の特定の実施形態の１つは、ダイオードレーザバーアッセンブリの形態をとり、このダイオードレーザバーアッセンブリは、バーの前側端面に渡って横方向に配置された発光領域（このバーは、下部主面および対向する上部主面を具えており、前側端面が上部主面および下部主面の間に直交して延在している）を含む半導体ダイオードレーザバーと、ヒートシンクと、ダイオードレーザバーで「サンドウィッチ」を作るプレートレット対とを具える。特に、このプレートレット対は、ヒートシンクと半導体レーザダイオードのバーの下部主面との間に配置された下側プレートレットと、半導体レーザダイオードのバーの上部主面に固定されている上側プレートレットとを具えており、上側プレートレットおよび下側プレートレットの寸法および材料は、半導体レーザダイオードのバーとヒートシンクとの間が低熱抵抗経路となる一方で、アッセンブリ内の応力状態の管理もするように選択される。
【００１３】
本発明のさらに別の実施形態および態様が、以下の説明と添付図面の参照により明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
図面を参照すると、いくつかの図面で、同じ符号が同じ部品を表している。
【図１】図１は、従来技術によるダイオードレーザバーアッセンブリの分解斜視図である。
【図２】図２は、ダイオードレーザバーを関連するサブマウントに取付ける初期ステップを示す図である。
【図３】図３は、図２に示すアッセンブリをヒートシンクに取付ける次のステップを示す図である。
【図４】図４は、図２および図３に示す組立プロセスから生じる、ダイオードレーザバーの前側端面に沿った「スマイル」（弓形または湾曲）の存在を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明により形成された、プレートレットのサンドウィッチを使用した、例示的な低熱抵抗で応力制御されたダイオードレーザバーアッセンブリの分解斜視図である。
【図６】図６は、図５のアッセンブリの側断面図である。
【図７】図７は、従来技術（サブマウントベース）のダイオードレーザバーアッセンブリに関連する縦方向の応力プロファイルを示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の例示的な実施形態に関連する縦方向の応力プロファイルを示すグラフであり、ここでは、同じ厚さの上側および下側プレートレットを使用しており、各プレートレットはモリブデンでできている。
【図９】図９は、本発明の別の例示的な実施形態に関連する縦方向の応力プロファイルを示すグラフであり、ここでは、同じ厚さのＣｕ２０Ｗプレートレット対を用いている。
【図１０】図１０は、下側プレートレットの厚さの関数とした熱抵抗を示すプロットセットであり、プレートの厚さが小さくなるにつれて抵抗が低くなる。
【図１１】図１１は、ある領域におけるミーゼス応力度値セットを示している。
【図１２】図１２は、後側端面におけるミーゼス応力度値セットを示している。
【図１３】図１３は、ダイオードレーザバーの端部におけるミーゼス応力度値セットを示している。
【図１４】図１４は、応力テンソル（すなわち、デバイスの主面における前側端面に平行な応力）のｓｘ成分を示す図のセットである。
【図１５】図１５は、応力テンソル（すなわち、前側端面に垂直で、レーザ腔の方向に沿った応力）のｓｙ成分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、従来技術によるダイオードレーザバーアッセンブリ１の分解斜視図である。この簡略化された図では、ダイオードレーザバー２は、ダイオードレーザバー２のｘ軸方向に沿った１次元アレイ構造として配置された５個の個別の発光領域（またはストライプ）３を具えるものとして示されている（「ダイオードレーザバー」は、以下において、「半導体レーザダイオードのバー」ともいう）。ダイオードレーザバー２は、サブマウント４の上に配置して取付けられており、このサブマウントは、ヒートシンク（クーラー）５の上に配置されている。図に示すように、ダイオードレーザバー２の向きは、サブマウント４に向けて、「下向き」に位置する発光領域３に対して向けられている。
【００１６】
サブマウント４は、ダイオードレーザバー２の一電気接点として機能する導電材料でできている。サブマウント４は、このような電気的接点として機能する一方で、ダイオードレーザバー２がアクティブであるときに生じる熱エネルギ（熱）の導管としても機能し、熱エネルギをダイオードレーザバー２から離して、下にあるヒートシンク５内へと向ける。したがって、ダイオードレーザバー２の向きを逆さまにすることで、熱を生成する要素（つまり、発光領域３）がサブマウント４により近くなり、熱エネルギが進む経路が比較的短くなる。
【００１７】
上述したように、銅は、熱伝導抵抗が低いという意味で、ヒートシンクに使うには優れた材料である（ダイオードレーザバーからの望ましくない熱を伝える効率的な経路を提供する）。しかしながら残る問題は、ヒートシンクとダイオードレーザバー間のＣＴＥの不適合性であり、この不適合性が、アッセンブリ内で機械的応力を生成して、システム内で「フリーズ」が生じる。図２および３は、発光領域の横方向に沿ってスマイルの形で現れるこの望ましくない応力を生じさせる基本的なアッセンブリの作用を理解するうえで有益である。
【００１８】
図２は、ダイオードレーザバー２をサブマウント４に取付けるプロセスを示している。ほとんどの場合において、ダイオードレーザバー２は、ＩＩＩ−Ｖベースのレーザダイオードバー（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰのような）を具えており、これはおよそ６．５ｐｐｍ／Ｋの熱膨張率（ＣＴＥ）を示す。従来サブマウント材料の１つとしてＣｕ１０Ｗがある。Ｃｕ１０Ｗは、ダイオードレーザバーと基本的にマッチングするＣＴＥを示す銅（Ｃｕ）１０％とタングステン（Ｗ）９０％を均質化して組合せたものである。「硬質」はんだ（例えば、固相線がおよそ２８０℃のＡｕＳｎなどのはんだ）を用いて、ダイオードレーザバー２をサブマウント４に取付けて、図２に示すような、「バー・オン・サブマウント」（ＢｏＳ）を構成している。硬質はんだを使用するには、はんだが流動しはじめてバー２とサブマウント４との両方に付着するよう、周囲温度を少なくとも２８０℃まで引き上げる必要がある。このはんだ付けは、図２に符号Ｓ１で示す。
【００１９】
周囲温度が室温から上昇するにつれて（およそ２０℃からはんだ処理温度２８０℃）、ダイオードレーザバー２とサブマウント４の両方がいくらか膨張する。それぞれのＣＴＥは非常に類似しているため、両方の構成要素がほぼ同じだけ膨張する。ＢｏＳアッセンブリが冷めて室温に戻るにつれ、両方の構成要素はほぼ同じだけ収縮し、その結果、はんだ付けＳ１のインターフェースには応力がほとんどあるいは全く生じない。
【００２０】
図３に示すように、アッセンブリプロセスにおける以下のステップは、ヒートシンク５にＢｏＳ構造を取付けるものである。ヒートシンク５は、通常、ＣＴＥが１６ｐｐｍ/Ｋの銅でできている。ここでも、固相線が２８０℃の硬質はんだを用いて、ヒートシンク５にＢｏＳを取付ける。周囲温度が室温から処理温度に上がるにつれて、ヒートシンク５は、ＢｏＳ構造よりも非常に大きく膨張する（ＣＴＥの有意のミスマッチに関連する）。したがって、アッセンブリが冷めて室温に戻ると、ヒートシンク５がより大きく収縮（ＢｏＳと比較して）し、ヒートシンク５が取付けられているＢｏＳの領域（つまり、図３のＳ２に示すはんだインターフェースに沿って）に機械的応力が生じる。その後この応力はアッセンブリが使用されている間ずっと残り、構造体中に「フリーズ」されると考えられる。
【００２１】
上述したように、当業者は、その外観から、温度により誘発される応力のディスクリプタとして用語「スマイル」を使用する。本明細書におけるダイオードレーザバーの「スマイル」は、発光ビームに対して直交する、すなわち発光したビームに直交する（横方向に）平面にあるバーの面にわたるレーザデバイスのワープまたは湾曲または弓形として規定される。したがって、バーのレーザダイオードの発光端面を正面から見ると、様々な端面は直線を形成していない。図４は、この望ましくない湾曲の２つの異なる結果を示しており、バウ値が０以下のグラフ（ａ）と、０以上のグラフ（ｂ）を示している。
【００２２】
さらに、このスマイル問題の解決には、ダイオードレーザバーから離して効率的に熱を伝達し続けて、ダイオードレーザバーを過酷な動作条件の下で長期にわたって安定して取付けておくことが必要である。アッセンブリ内の応力要因を管理することによって、光源の耐用年数を延ばすことが知られており、場合によっては、所望の偏光状態を選択し得るように応力を制御できることが望ましい（特にデバイスの主要軸の１つに沿った「純粋な」偏光）。
【００２３】
実際、アッセンブリの横方向にわたる応力プロファイルは、生じたスマイル/湾曲に関しては明らかであるが、アッセンブリの縦方向における応力も問題であり（特に偏光を制御したアッセンブリにおいて）、一般的に、ダイオードレーザバーアッセンブリにおける「応力制御」または「応力管理」の問題は、横方向成分および縦方向成分両方に注意を向ける必要がある。
【００２４】
図５は、本発明による低熱抵抗の応力制御されたダイオードレーザバーアッセンブリを示す分解斜視図（図１の形態と同様）である。このアッセンブリは、ダイオードレーザバーの上および下に配置したプレートレット対の形のサンドウィッチ構造を利用している。このプレートレット対は、ヒートシンクの膨張特性と組み合わせて、アッセンブリ全体の機械的応力の管理を提供している。別個のプレートレット対を用いることで（図１に示されているような従来技術におけるシングルサブマウントと逆に）、適応可能な応力状態の範囲が広がる。つまり、上側プレートレットを追加することにより、ダイオードレーザバー内の機械的応力を制御する（限定するものではないが、特に発光ラインの「スマイル」を防止するか、少なくとも低減する）更なる状況や可能性が生じる。同時に、下側プレートレットは、比較的薄くてもよく（従来技術のサブマウントの厚さと比較して）、これによって、アッセンブリの熱抵抗を下げると共に、ダイオードレーザバーからヒートシンクへの熱伝導効率を上げる。
【００２５】
図示するように、本発明の構造は、「サンドウィッチ」型アッセンブリの形をとっており、従来のダイオードレーザバー１０（すなわち、「半導体レーザダイオードのバー」）が、上側プレートレット１２と下側プレートレット１４との間に配置され、下側プレートレット１４は、ヒートシンク１６に取付けられている。図６は、アッセンブリの側部断面図であり、図の左側にダイオードレーザバー１０の前側端面（ｆｆ）が示されている。図６の方向は、この構造の縦軸（ここではｚ軸方向）を明確に示しており、これは、ダイオードレーザバー１０の前側端面１０ｆｆから１０ｂｆで示す後側端面（ｂｆ）に延在している。
【００２６】
ヒートシンク１６の膨張特性と組み合わせて使用されるプレートレット１２、１４対によって、アッセンブリ全体の機械的応力の管理が行われる。１対の個別プレートレットを用いることで（図１に示されているような従来技術のシングルサブマウントと逆に）、適応可能な応力状態の範囲が広がる。つまり、上側プレートレット１２を追加することにより、ダイオードレーザバー１０内の機械的応力を制御する（限定するものではないが、特に発光ラインの「スマイル」を防止するか、少なくとも低減する）更なる状況や可能性が生じる。同時に、下側プレートレット１４は、比較的薄くてもよく（従来技術のサブマウントの厚さと比較して）、これによって、アッセンブリの熱抵抗を下げると共に、ダイオードレーザバー１０からヒートシンク１６への熱伝導効率を上げる。
【００２７】
本発明によれば、種々の適当な材料を用いて上側プレートレット１２および下側プレートレット１４を形成することができる。実際、これらのプレートレットは同じ材料で形成する必要はない。上述したように、下側プレートレット１４は、上側プレートレット１２よりもかなり薄くすることができる。一般的に、プレートレット１２と１４の材料および寸法は、所定の用途における所望の応力と熱抵抗特性を生じるよう選択される。
【００２８】
本発明の例示的な一実施形態においては、上側プレートレット１２と下側プレートレット１４は、室温でＣＴＥがおよそ２乃至６ｐｐｍ/Ｋの材料でできている。この基準に適合する材料の例には、モリブデン、シリコンおよびＣｕｘＷ（ｘ≦８）がある。別の実施形態では、本発明によるプレートレット対を利用すると、ダイオードレーザバー１０の両主面に渡って、（圧縮されてはいるが）均一なひずみ状態ができるため、ＣＴＥがより高い（例えば、ＣＴＥ＞７．２乃至１０）材料を使用することができる。例えば、Ｃｕ１２Ｗ、Ｃｕ１５ＷまたはＣｕ２０Ｗ（一般的にｘ≧１２の材料ＣｕｘＷ）のような材料がこの状態にふさわしい。
【００２９】
プレートレットの寸法（特に、プレートレットの熱抵抗に関連する厚さ）に関して、例示的な実施形態では、上側プレートレット１２が、１００乃至３００μｍの範囲の厚さを有し、下側プレートレット１４が、５０乃至２００μｍの範囲の厚さを有する。材料の選択と共に、これらすべての値は、例示的なものと考えられ、他の様々な材料および寸法を、本発明の特定の実施形態で使用することができる。
【００３０】
図５および６に示すような、本発明のサンドウィッチ構造を設けることにより、「硬質」はんだ（つまり、固相線が２００℃よりも高いはんだ）を各インターフェースで用いて、したがって、軟質はんだ（すなわち、融点が比較的低いはんだ）を利用するいくつかの従来技術の構造と比較して、頑強であり、過酷な環境下でも構造的完全性を維持できるアッセンブリを作ることができる。
【００３１】
好ましい実施形態において、ヒートシンク１６は、銅または銅の複合材料でできている。特定の材料並びにヒートシンクの寸法は、所望の応力および熱抵抗レベルを生じるように選択される。要望があれば、当業者によく知られたマイクロチャネルまたはマイクロチャネルクーラをヒートシンク１６の構成に使用することができる。さらに、ダイオードレーザバー１０に見られる応力レベルが従来技術の最適な構造のダイオードレーザバーに「最適合」するように、材料および寸法を選択することができる。ダイオードレーザバーは、ヒートシンクに取付けられたＣｕ１０Ｗサブマウント上に取付けられたダイオードレーザバーである。
【００３２】
上述したように、本発明のサンドウィッチ構造の利用は、熱抵抗および応力管理（横方向および縦方向の）の問題に取り組むものである。横方向の応力プロファイルは、上述し、図４に示す、レーザ放出ラインの湾曲（または「スマイル」）に関連している。縦方向の応力プロファイルは、ダイオードレーザバーの前側端面から後側端面へと延在し、この方向における様々な応力により、縦軸に沿って伝播する種々の光信号に望ましくない変化を生じさせることが知られている。この信号には、限定するものではないが、応力による複屈折や偏光変動なども含まれる。
【００３３】
図７は、従来技術のダイオードレーザバー（図１に示すような）に沿った縦方向の応力のグラフである。特に、図７に示す値は、厚さ２５０μｍに形成されたＣｕ１０Ｗサブマウントに取付けられたダイオードレーザバーに生じる値であり、この特定の構造は、受け入れ可能な応力制御を示すと考えられる。この計算は、前側端面から対向する後側端面へのダイオードレーザバーの長さに沿って行った。バーの中央領域に最小応力値が見られ、それぞれの端部に最高値が見られる。したがって、「最適合」な選択をするには、同様の縦方向の応力プロファイルを作る、または観測した応力レベルを越えない、サンドウィッチ型機械的応力管理構造を作ることが望ましい。
【００３４】
図８は、本発明の例示的なサンドウィッチベースのダイオードレーザバーアッセンブリの縦方向の応力プロファイルのプロットであり、この場合、上側および下側プレートレットの材料にモリブデン（Ｍｏ）が使用されている（以下、「Ｍｏ−Ｂａｒ−Ｍｏ」実施形態という）。この特定の分析のために、上側および下側プレートレットを同じ厚さとなるように形成した。図に示すプロファイルは、１００乃至２００μｍの範囲にあるいくつかの厚さが異なるプレートレットのプロファイルである。サンドウィッチ構造の利用は、各端部における端面近くで応力の大きな変化をもたらすように思われ、これは、図８にも示されている前側端面１０ｆｆ近傍に測定値の拡大部分がみられる。
【００３５】
図９は、本発明の別の実施形態の縦方向の応力プロファイルのプロットであり、ここでは、Ｃｕ２０Ｗ（すなわち、銅２０％とタングステン８０％の均質混合物）で形成された上側および下側プレートレットを使用している。プレートレットの厚さは１００乃至２００μｍである。これらの実施形態では、圧縮応力のレベルは、従来技術の（図７のプロットで示されているような）デバイスのレベルに近い。
【００３６】
図１０は、本発明の熱伝導特性を理解するうえで役立つプロットである。ここでは、下側プレートレットに使用できる様々な材料の特性が、このプレートレットに選択した厚さの関数として示されている。上述したように、本発明のサンドウィッチ構造の利点のひとつは、下側プレートレットが比較的薄いことであり、これによりダイオードレーザバーからヒートシンクへの熱伝導が改善される。図１０のプロットは、（例えば）厚さ１００乃至１２５μｍのモリブデンでできた下側プレートレットの使用により、従来技術のＭｏサブマウントの厚さと比較して、熱抵抗がおよそ６乃至１０％減少する。Ｃｕ２０Ｗでできた下側プレートレットを調べると、従来技術のＣｕ２０Ｗサブマウント（より厚い）と比較して、熱抵抗がおよそ１３％減少した。ダイオードレーザバーが高い入力電流レベルで使用される、および／または数百ワットの出力電力を生じる状況においては、ダイオードレーザバーから効率的に熱エネルギを取り除く能力が重要な要素である。
【００３７】
図１１−１５は、本発明によって形成した熱抵抗が小さく応力が制御されたダイオードレーザバーアッセンブリの様々な３次元モデルを分析したプロットであり、従来技術における構造と結果が比較されている。本発明のアッセンブリ構造のデータは、ヒートシンク１６が銅シートを具えると想定して収集されたものであり、ここでは、１．０ｍｍ、１．５ｍｍおよび２．０ｍｍの３つの異なる厚さのシートについて調べた。対称的な構造、つまり上側プレートレット１２および下側プレートレット１４に同じ材料が使用されている構造のみを調べた。そしてこれらを、Ｃｕ２０ＷまたはＣｕ１０Ｗ（両方とも厚さ２５０μｍ）のサブマウント４を用いた従来技術の構造と比較した。
【００３８】
特に図１１−１３において示された以下のプロットは、様々な位置におけるミーゼス応力（応力度）を示している。この応力度は、研究対象のシステム信頼性の指標であると考えられ、より低いミーゼス応力の値は、より高い信頼性と関連している。ミーゼス応力は、様々な座標系でも変わらない応力度を示す計算値であり、等方性（公称）応力状況からの偏差のみを考慮した値である。特にミーゼス応力は、（デカルト座標系において）下記のように規定される。
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ここで、σｉは、標示の軸方向に沿った応力を規定しており、τａｂは、平面ａｂ内の応力を規定している。
【００３９】
図を参照すると、図１１のプロットは、様々な異なる条件下で、ダイオードレーザバーの中央領域について計算したミーゼス応力度値である。厚さ１００μｍのＭｏサブマウントと、２つの異なるＣｕＷサブマウントについての従来技術による３つの計算値が示されており、ひとつはＣｕ２０Ｗ、もうひとつはＣｕ１０Ｗであり、ＣｕＷサブマウントは、両方共厚さ２５０μｍである。次いで、これらの値を、本発明によって形成したダイオードレーザバーアッセンブリの４５の異なるバリエーションと比較した。特に、厚さが異なる３つのヒートシンク（１．５ｍｍ、１．０ｍｍおよび２．０ｍｍ）を使用した。各ヒートシンクの厚さについて、３つの異なる下側プレートレットの厚さ（１００μｍ、１５０μｍおよび２００μｍ）を調べた。次いで、各下側プレートレットの厚さについて、５つ厚さが異なる上側プレートレットセット（１００μｍ、１２５μｍ、１５０μｍ、１７５μｍおよび２００μｍ）を調べた。
【００４０】
図１１の細部構成を参照して、ダイオードレーザバーの中央にあるミーゼス応力度を調べると、本発明の様々な構造が、従来技術のＣｕ１０Ｗサブマウント（またはいくつかの場合、Ｃｕ２０Ｗサブマウント）を用いた構成と最も良く相関していることがわかる。
【００４１】
図１２は、同様のプロットを示しており、この場合、ダイオードレーザバーの後側端面で計算したミーゼス応力度の値を示している。ここでは、この結果は、ＣｕＷサブマウントを用いた従来技術の構造のみと比較されている。本発明のアッセンブリにおける厚さ１．０ｍｍのヒートシンクが、ダイオードレーザバーの後側端面における従来技術の応力度と最も良くマッチングするという一連の結果をもたらすことは明らかである。ダイオードレーザバーの側端における応力度の測定値が図１３に示されている。ここでも、本発明のアッセンブリにおける厚さ１．０ｍｍのサブマウントの使用が、従来技術の結果と最も良くマッチングしており、厚さ１５０μｍの下側プレートレットが、このヒートシンクの厚さに最適なマッチングを提供している。
【００４２】
上述したように、本発明によるダイオードレーザバーアッセンブリ内の応力を管理／制御する能力により、主に縦方向の応力プロファイルを制御することによって、偏光を維持する構造を作り出すことができる。図１４は、デバイスの主面における前側端面と平行な（つまり、ｘ軸に沿った）応力のグラフである。これらの応力値は、本発明における４５の異なる構成と同じセットについて計算したものであり、この場合、従来の厚さ２５０μｍのＣｕ１０Ｗサブマウントと比較したものである。同じ条件のセットについて、ｙ方向（すなわち、前側端面に垂直で、レーザ空洞の長さに沿った方向における）応力状態が、図１３に示されている。応力状態の最小値は、通常最も高い偏光安定性を提供する構造に関連する。
【００４３】
追加の利点および改良は当業者とっては自明であり、本発明はしたがって、特定の実施形態や上述で示された細部構成に限定されない。改良は、特許請求の範囲に規定された本発明の概念の精神および範囲から逸脱することなしにすることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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