激光二极管的双侧冷却的制作方法

1.本技术涉及激光二极管的冷却。


背景技术：

2.对高功率半导体激光二极管进行冷却以保持低结温和低载波泄漏以及高可靠性。激光二极管可被安装到热沉，这有助于降低热阻抗。


技术实现要素：

3.本技术的一个方面的特征在于一种激光二极管组件，包括：第一热沉；在第一热沉上彼此间隔开的多个基板；多个激光二极管，每个激光二极管包括在第一类型掺杂半导体层和第二类型掺杂半导体层之间的对应有源层，每个激光二极管的底侧位于所述多个基板的不同对应基板上，所述多个激光二极管被串联电连接；以及在所述多个激光二极管的顶侧上的第二热沉。
4.在一些实施方式中，激光二极管组件包括位于第二热沉上的多个第一电接触焊盘，每个第一电接触焊盘位于对应激光二极管的顶侧上并且与对应激光二极管的第一类型掺杂半导体层电接触，至少一个第一电接触焊盘提供相邻激光二极管之间的串联电连接。
5.在一些实施方式中，激光二极管组件包括在所述多个基板上的多个第二电接触焊盘，每个第二电接触焊盘位于不同对应基板上并且与对应激光二极管的第二类型掺杂半导体层电接触，对应激光二极管的底侧位于第二电接触焊盘上。
6.在一些实施方式中，激光二极管组件包括多个垂直电触头，每个垂直电触头在对应第一电接触焊盘和对应第二电接触焊盘之间提供直接电连接。
7.在一些实施方式中，所述多个垂直电触头和所述多个激光二极管形成多对，每一对设置在不同对应基板上并且包括不同对应激光二极管和不同对应垂直电触头。
8.在一些实施方式中，对于所述多对中的每一对，所述不同对应激光二极管与所述不同对应基板上的不同对应垂直电触头以第一间隙间隔开。相邻的第一电接触焊盘可以在第二热沉上以第二间隙彼此间隔开，第二间隙具有与第一间隙基本相同的宽度。所述多个第一电接触焊盘可以与所述多对对齐，使得每个第二间隙与不同对应第一间隙对齐。
9.在一些实施方式中，所述多个第一电接触焊盘中的至少一个在第一对中的第一垂直电触头和与第一对相邻的第二对中的第二激光二极管的第一类型掺杂半导体层之间提供直接电连接。
10.在一些示例中，每个垂直电触头包括第二类型掺杂半导体材料。
11.在一些实施方式中，所述多个基板包括在第一热沉上沿水平方向彼此间隔开的多个第一基板。激光二极管组件还可包括沿水平方向彼此间隔开的多个第二基板。所述多个激光二极管中的每个激光二极管可以沿垂直方向定位在不同对应第一基板和所述多个第二基板中的不同对应第二基板之间，所述垂直方向垂直于所述水平方向。第二热沉可以位于所述多个第二基板的顶部上。
12.在一些实施方式中，沿着垂直方向，每个激光二极管的底侧的底表面在所述不同对应第一基板的顶表面上，并且所述不同对应第二基板的底表面在激光二极管的顶侧的顶表面上，并且所述不同对应第一基板的底表面在第一热沉的顶表面上，并且第二热沉的底表面在所述不同对应第二基板的顶表面上。
13.在一些实施方式中，第一热沉的顶表面和第二热沉的底表面是基本平坦的并且彼此平行，并且每个激光二极管的对应有源层和第一热沉的顶表面之间沿垂直方向的垂直距离彼此不同。
14.在一些实施方式中，对于所述多个激光二极管中的每个激光二极管，不同对应第二基板的底表面与不同对应第一基板的顶表面之间沿垂直方向的垂直距离基本彼此相同，并且所述多个激光二极管中的每个激光二极管沿垂直方向具有基本相同的垂直厚度，并且不同对应第二基板沿垂直方向的垂直厚度彼此不同，并且不同对应第一基板沿垂直方向的垂直厚度彼此不同。
15.在一些实施方式中，每个第一基板和每个第二基板包括导电材料。激光二极管组件包括：在第一热沉上的多个第一电接触焊盘，至少一个第一电接触焊盘通过对应的相邻第一基板在第一相邻激光二极管之间提供第一串联电连接；以及在第二热沉上的多个第二电接触焊盘，至少一个第二电接触焊盘通过对应的相邻第二基板在第二相邻激光二极管之间提供第二串联电连接。
16.在一些实施方式中，第一热沉包括彼此连续的多个第一台阶，所述多个基板中的每个基板位于所述多个第一台阶中的不同对应第一台阶上，并且第二热沉包括多个彼此连续的第二台阶，所述多个第二台阶中的不同对应第二台阶在所述多个激光二极管中的每个激光二极管的顶侧上。
17.在一些实施方式中，激光二极管组件包括多个电接触焊盘，每个电接触焊盘在第二热沉的不同对应第二台阶上并且与对应激光二极管上的第一类型掺杂半导体层电接触，所述不同对应第二台阶位于所述对应激光二极管上。
18.在一些实施方式中，激光二极管包括第一面和与第一面相反的第二面，第一面和第二面彼此平行，并且激光二极管被配置为从第一面或第二面中的至少一个发射光。
19.本公开的另一方面的特征在于一种制造激光二极管组件的方法。所述方法包括：将多个激光二极管中的每个激光二极管定位在多个基板的不同对应基板上，每个激光二极管包括在第一类型掺杂半导体层和第二类型掺杂半导体层之间的对应有源层，激光二极管的底侧在所述不同对应基板上；将所述多个基板定位在第一热沉上，所述多个基板中的每个基板在第一热沉上彼此间隔开；以及将第二热沉定位在所述多个激光二极管的顶侧上。
20.在一些实施方式中，所述方法包括：在第二热沉上形成多个第一电接触焊盘，每个第一电接触焊盘位于对应激光二极管的顶侧上并且与对应激光二极管的第一类型掺杂半导体层电接触，至少一个第一电接触焊盘在相邻的激光二极管之间提供串联电连接；在所述多个基板上形成多个第二电接触焊盘，每个第二电接触焊盘被形成在不同对应基板上并且与对应激光二极管的第二类型掺杂半导体层电接触，所述对应激光二极管的底侧位于第二电接触焊盘上；以及在所述多个第二电接触焊盘上形成多个垂直电触头，每个垂直电触头在不同对应第二电接触焊盘上并且与不同对应第二电接触焊盘上的对应激光二极管以对应第一间隙间隔开。
21.在一些实施方式中，相邻的第一电接触焊盘在第二热沉上以对应第二间隙彼此间隔开，对应第二间隙具有与对应第一间隙基本相同的宽度。在一些实施方式中，将第二热沉定位在所述多个激光二极管的顶侧上包括：将多个间隔件插入对应第一间隙；将多个间隔件设置在所述多个第一电接触焊盘的对应第二间隙中，使得每个第一电接触焊盘在对应于第一激光二极管的垂直电触头与第一激光二极管相邻的第二激光二极管的第一类型掺杂半导体层之间提供电连接。
22.在一些实施方式中，所述方法包括：将多个第二基板中的不同对应第二基板定位在所述多个激光二极管中的每个激光二极管的顶侧上，第二热沉位于所述多个第二基板上。
23.本发明的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。本发明的其他特征、目的和优点将从描述和附图以及权利要求中显而易见。
附图说明
24.图1是示出用于激光二极管的双侧冷却的激光二极管组件的示例的示意图。
25.图2a是示出用于将来自多个激光二极管的单侧发射集成在激光二极管组件中的系统的示意图。
26.图2b是图2a的激光二极管组件的侧视图。
27.图2c是示出来自图2a的系统中的激光二极管组件的被对齐的多个激光发射点的示意图。
28.图3是示出用于将来自多个激光二极管的双侧发射集成在激光二极管组件中的系统的示意图。
29.图4是示出用于激光二极管的双侧冷却的激光二极管组件的另一示例的示意图。
30.图5是示出用于激光二极管的双侧冷却的激光二极管组件的另一示例的示意图。
31.图6a是示出用于将来自多个激光二极管的单侧发射集成在激光二极管组件中的另一系统的示意图。
32.图6b是图6a的激光二极管组件的侧视图。
33.图6c是示出来自图6a的系统中的激光二极管组件的被对齐的多个激光发射点的示意图。
34.图7a是示出用于将来自多个激光二极管的双侧发射集成在激光二极管组件中的另一系统的示意图。
35.图7b是示出来自图7a的系统中的激光二极管组件的被对齐的多个激光发射点的示意图。
具体实施方式
36.激光二极管的输出功率在很大程度上受到散热的限制，这导致激光二极管的温度升高，进而降低激光二极管的可靠性和工作效率。具有高导热性的热沉，例如铜冷却器，可用于在工作期间保持激光二极管温度稳定。激光二极管在两侧上的冷却(即，双侧冷却)，而不是在单侧上的冷却(即，单侧冷却)，可以进一步提高激光二极管的稳定性和工作效率。然而，与在两侧上冷却的激光二极管进行电接触可能很复杂，因为可能难以触及耦合到激光
二极管的接触焊盘。此外，双侧冷却会导致激光二极管因安装过程中施加的力而损坏。
37.激光二极管有两个(正和背)面。在某些情况下，激光二极管仅从正面发射激光，并且激光二极管可以被视为具有单侧发射的激光二极管。在某些情况下，激光二极管从正面和背面都发射激光，并且激光二极管可以被视为具有双侧发射的激光二极管。双侧发射允许提取比单侧发射大约两倍的输出功率，而不会增加可能导致灾变光学镜面损伤(comd)的临界面负载。但是，散发的热量也可能翻倍，这会提高冷却要求。
38.可以将多个激光二极管排列或封装在一起以按比例扩大输出功率。然而，高效而且有效果地冷却被封装的多个激光二极管可能具有挑战性。此外，由于机械公差，从激光二极管的两侧提取激光束而不受基板的阻碍成为工程挑战。
39.本技术的实施方式提供了用于对多个激光二极管(具有单侧发射或双侧发射)进行(主动或被动)双侧冷却的方法、装置和系统，其可以显着按比例扩大输出功率、提高效率、提供简单的系统配置、以及降低成本。本技术的实施方式还可以为基于单发射器的高功率、高亮度二极管激光模块提供紧凑的激光平台，并且能够从两侧冷却激光二极管芯片并从两面提取光功率，从而相对于具有相同占位面积但具有单侧发射的封装实现至少翻倍的功率。
40.在一些实施方式中，通过将各个激光二极管安装在阶梯状衬底上来实现多个激光二极管的双侧冷却，随后使镜弯曲以用于在快轴上进行光学堆叠。每个激光二极管可以p侧朝下地安装在基板上，而后基板上的激光二极管被安装到一对阶梯状热沉的不同阶梯。热沉可以被导热冷却或通过强制液体冷却。每个热沉可以是电绝缘的。激光二极管可以通过同时焊接在其中一个热沉上的图案化传导焊盘上而被串联电连接。
41.在一些实施方式中，通过将各个激光二极管安装在平坦热沉上来实现多个激光二极管的双侧冷却，随后微光学装置在快轴上进行光学堆叠。激光二极管可以两侧安装到平坦热沉上，使得可以经由微光学装置在快轴上进行光学堆叠。热沉可以通过导热冷却或强制液体冷却。热沉可以由电绝缘材料制成。可以用导电焊盘(或金属镀层)在电绝缘材料上图案化热沉中的至少一个，从而在激光二极管键合到平坦热沉上的图案化导电焊盘上之后实现激光二极管的串联电连接。
42.在一些实施方式中，通过在定制厚度的各基板之间设置(或夹置)各个激光二极管来实现多个激光二极管的双侧冷却。可以通过将定制厚度的基板焊接到每个激光二极管的p侧和n侧来制造恒定厚度的夹层结构。基板的厚度被设计为使得对于每个夹层结构激光二极管处于快轴上的不同位置。然后，可以将多个夹层结构封装在平行的各冷却板之间，从而使各个激光二极管呈阶梯状排列并且通过使镜弯曲实现在快轴上的光学堆叠。
43.图1是示出用于激光二极管的双侧冷却的激光二极管组件100的示例的示意图。激光二极管组件100包括第一热沉102、第二热沉104、多个基板110a、110b、110c(总体称为数个基板110且单独称为基板110)和多个激光二极管120a、120b、120c(总体称为数个激光二极管120且单独称为激光二极管120)。作为示例，图1中示出了三个激光二极管120。然而，激光二极管组件100中也可以包括不同数量的激光二极管，例如，8个或16个。在一些示例中，激光二极管组件100具有40mm长(沿z方向)、80mm宽(沿x方向)、以及15mm高(沿y方向)的尺寸。
44.第一热沉102和第二热沉104中的每一个可以包括例如具有一个或多个集成内部
冷却剂通道的集成冷却装置、以及通过绝缘层与集成冷却剂通道分离的导电安装层。
45.所述多个基板110在第一热沉102上沿水平方向(例如，沿x方向)彼此间隔开。每个激光二极管120的底侧位于不同对应基板110上。第二热沉104位于所述多个激光二极管120的顶侧上。所述多个激光二极管110在激光二极管组件100中被串联电连接。
46.每个激光二极管120可以是被配置为发射光的单个发射器。如图1所示，每个激光二极管120包括在第一类型掺杂半导体层(例如，n型层)124和第二类型掺杂半导体层(例如，p型层)126之间的对应有源层122。金属层(例如，金)可以被沉积在每个半导体层124、126上以用于电连接。
47.激光二极管120包括例如在x-y平面上的正面和背面。激光二极管120被配置为从至少一个面发射光，例如仅从正面发射光、或者从正面和背面发射光。在一些实施方式中，背面具有比正面显着更高的反射率，并且激光二极管120被配置为在正面发射光。在一些实施方式中，背面具有与正面基本相同的反射率，并且激光二极管120被配置为从正面发射第一光束并且从背面发射第二光束。
48.发射的光沿着垂直于面(一个或多个)的z方向。每个激光二极管120可以是单发射器型激光二极管芯片的形式。在一些示例中，芯片具有0.6mm宽(沿x方向)、0.1mm高(沿y方向)和5mm长(沿z方向)的尺寸。激光二极管芯片可以具有沿水平方向(例如，x方向)的慢轴和沿垂直方向(例如，y方向)的快轴。在一些实施方式中，所述多个激光二极管120形成位于热沉102和104之间的激光二极管阵列。每个激光二极管120沿z方向延伸。激光二极管阵列中的激光二极管沿水平方向(例如，x方向)分布。热沉102和104的相对安装表面可以彼此平行。所述多个激光二极管120可以被设置在基本相同的平面上。
49.在一些实施方式中，激光二极管组件100还包括在第二热沉104上的多个第一电接触焊盘106a、106b、106c(总体称为数个第一电接触焊盘106且单独称为第一电接触焊盘106)。可以通过例如利用诸如铜或铜钨的金属进行带图案的金属化来在第二热沉104上沉积第一电接触焊盘106。在一些示例中，第一电接触焊盘106具有在从0.03mm到0.1mm的范围内的厚度。相邻的第一电接触焊盘106在第二热沉104上沿水平方向(例如，x方向)以物理间隙103彼此间隔开。所述多个第一传导焊盘106在第二热沉104上彼此电绝缘。
50.每个第一电接触焊盘106位于对应激光二极管120的顶侧上并且与对应激光二极管120的第一类型掺杂半导体层124电接触。至少一个第一电接触焊盘在相邻的激光二极管120之间提供串联电连接。例如，如图1所示，第一电接触焊盘106b电连接激光二极管120a和120b，并且第一电接触焊盘106c电连接激光二极管120b和120c。
51.每个基板110是导热的。在一些示例中，基板110由aln、beo或金刚石制成。在一些示例中，基板110使用标准微处理设备由硅制成并且可以包括用于强制液体冷却的微通道。基板110的长度可以具有小于2μm的公差(例如，沿y方向)。例如，长度公差小于2μm的精密加工的基板可以被成本有效地采购作为基板110。
52.在一些实施方式中，每个基板110是电绝缘的。在一些示例中，每个基板110都沉积有对应的导电层112，例如金属层。激光二极管120可以通过导电层112例如经由共晶键合安装到对应的基板110上。导电层112可以是例如由金和金-锡双层制成的键合层。导电层112被用作第二电接触焊盘，第二电接触焊盘位于不同对应基板110上并且与对应激光二极管120的第二类型掺杂半导体层126电接触，对应激光二极管120的底侧位于第二电接触焊盘
112上。
53.在一些实施方式中，激光二极管组件100还包括多个垂直电触头114a、114b、114c(总体称为数个垂直电触头114且单独称为垂直电触头114)。每个垂直电触头114可以包括例如p型的第二类型掺杂半导体材料，与激光二极管120中的第二类型掺杂半导体层126的材料相同。每个垂直电触头114在对应的第一电接触焊盘106和对应的第二电接触焊盘112之间提供直接电连接。以此方式，相邻的激光二极管120可以经由对应的第二电接触焊盘112、垂直电触头114、以及对应的第一电接触焊盘106电连接。例如，顺序地通过第二电接触焊盘112、垂直电触头114a、以及第一电接触焊盘106b将激光二极管120a的p型层126电连接到激光二极管120b的n型层124来电连接激光二极管120a、120b。
54.在一些实施方式中，基板110是导电的。第一热沉102是电绝缘的。所述多个基板110中的每一个都彼此电绝缘。激光二极管120和垂直电触头114被直接安装到对应的基板110上并且通过基板110彼此导电。
55.如图1所示，所述多个垂直电触头114和所述多个激光二极管120形成多对。每一对设置在不同对应基板110上，并且包括不同对应激光二极管120和不同对应垂直电触头114，二者以物理间隙113间隔开。所述多个第一电接触焊盘106中的至少一个在第一对中的第一垂直电触头114和与第一对相邻的第二对中的第二激光二极管120的第一类型掺杂半导体层124之间提供直接电接触。每个垂直电触头114具有与每个激光二极管120基本相同的高度(沿垂直方向，例如y方向)。第一热沉102和第二热沉104的安装表面例如沿水平方向、如x方向基本平坦并且彼此平行。
56.间隙113可以具有与相邻的第一电接触焊盘106之间的间隙103基本相同的宽度(例如，沿水平方向，例如x方向)。所述多个第一电接触焊盘106a可以与所述多对对齐，使得每个间隙103与不同对应间隙113对齐。在一些实施方式中，在激光二极管组件110的制造期间，将间隔件定位在间隙103和113中以将激光二极管120、基板110和热沉104放置在对应的位置。
57.可以在这样的制造过程中制造激光二极管组件100。在一些实施方式中，该过程包括：将多个激光二极管120中的每个激光二极管的底侧定位在多个基板110中的不同对应基板上，将所述多个基板110定位在第一热沉102上，每个基板110在第一热沉102上彼此间隔开，以及将第二热沉104定位在所述多个激光二极管120的顶侧上。
58.该过程还可以包括例如通过带图案的金属化在第二热沉104上形成多个第一电接触焊盘106。每个第一电接触焊盘106位于对应激光二极管120的顶侧上并且与对应激光二极管120的第一类型掺杂半导体层124电接触。至少一个第一电接触焊盘106在相邻的激光二极管120之间提供串联电连接。
59.该过程还可以包括在所述多个基板110上形成多个第二电接触焊盘112。每个第二电接触焊盘112可以形成在不同对应基板110上并且与对应激光二极管120的第二类型掺杂半导体层126电接触，对应激光二极管120的底侧位于第二电接触焊盘112上。
60.该过程还可以包括在所述多个第二电接触焊盘112上形成多个垂直电触头114。每个垂直电触头114在不同对应第二电接触焊盘112上并且通过对应第一间隙113与在不同对应第二电接触焊盘112上的对应激光二极管120间隔开。
61.相邻的第一电接触焊盘106通过对应第二间隙103在第二热沉104上彼此间隔开，
对应第二间隙103与对应第一间隙113具有基本相同的宽度。在一些实施方式中，将第二热沉104定位在所述多个激光二极管120的顶侧上包括：将多个间隔件插入对应第一间隙113中，并且将所述多个间隔件设置在所述多个第一电接触焊盘106的对应第二间隙103中，使得每个第一电接触焊盘106在对应于第一激光二极管120的垂直电触头和与第一激光二极管120相邻的第二激光二极管120的第一类型掺杂半导体层124之间提供电连接。第一电接触焊盘106可以被键合在第一激光二极管120的第一类型掺杂半导体层124和对应垂直电触头114上。
62.图2a-图2c示出了用于将来自多个激光二极管的单侧发射集成在激光二极管组件230中的系统200。激光二极管组件230可以是图1的激光二极管组件100。系统200被配置为将从激光二极管发射的激光束组合到具有端帽222的单光纤220中。
63.激光二极管组件230包括位于衬底232上的多个激光二极管装置210a、210b、210c(总体称为数个激光二极管装置210且单独称为激光二极管装置210)。每个激光二极管装置210包括安装在基板214(例如，图1的基板110)上的激光二极管212(例如，图1的激光二极管120)。每个激光二极管装置210a、210b、210c中的激光二极管212被配置为从激光二极管的单面、例如正面发射对应激光束211a、211b、211c(总体称为数个光束211且单独称为光束211)。也就是说，激光二极管212是具有单侧发射的激光二极管。
64.衬底232可以为平坦衬底，使得从激光二极管212发射的光束211可以具有相同的高度。衬底232可以是热沉，例如，图1的热沉102，以用于冷却激光二极管212。在一些实施方式中，激光二极管212通过热沉232和位于激光二极管212的顶侧上的第二热沉(未示出)、例如图1的第二热沉104进行双侧冷却。
65.来自每个激光二极管装置210a、210b、210c的光束211a、211b、211c传播通过第一光学部件202a、202b或202c(称为第一光学部件202)和第二光学部件204a、204b或204c(称为第二光学部件204)以用于光束整形，然后由对应重定向镜206a、206b、206c单独重定向。在一些实施方式中，第一部件202包括快轴准直(fac)透镜，其被配置为沿光束211的快轴准直来自激光二极管212的光束211。第二部件204包括慢轴准直(sac)透镜，其被配置为沿光束211的慢轴准直光束211。重定向镜206a、206b、206c可以被成角度配置，使得准直的光束211a、211b、211c平行间隔开，光束211a、211b、211c的光束点213a、213b、213c沿一个方向(例如，沿快轴)堆叠，如图2c所示。
66.准直光束211a、211b、211c由聚焦部件207(例如，光学透镜)聚焦以通过端帽222耦合到光纤220中。在一些示例中，端帽222的直径大于1mm，例如为8mm。在一些示例中，光纤220的芯的直径大于100μm，例如为135μm。光纤220的数值孔径(na)可以是例如0.15。在一些实施方式中，光学延迟器208(例如，诸如半波片的偏振器)被设置在聚焦部件207和端帽222之间并且被配置为调节聚焦光束到端帽222上的偏振状态。
67.图3是示出用于将来自多个激光二极管装置的双侧发射集成在激光二极管组件330中的系统300的示意图。激光二极管组件330可以是图1的激光二极管组件100。系统300被配置为将从具有双侧发射的激光二极管装置发射的激光束组合到具有端帽322(例如，图2a的端帽222)的单光纤320(例如，图2a的光纤220)中。
68.类似于图2a-图2b的激光二极管组件230中的激光二极管210，激光二极管装置310a、310b、310c(一般称为数个激光二极管装置310且单独称为激光二极管装置310)被单
独地安装在激光二极管组件330中的不同对应基板上。不同于图2a-图2b的激光二极管装置210包括具有单侧发射的激光二极管210，激光二极管装置310的激光二极管被用于双侧发射且被配置为从正面和背面发射激光束。
69.如图3所示，每个激光二极管装置310a、310b、310c从正面发射第一光束311a、311b、311c(总体称为数个第一光束311且单独称为第一光束311)、以及第二光束331a、331b、331c(总体称为数个第二光束331且单独称为第二光束331)。每个激光二极管装置310可以通过两个热沉、例如如图1所示的热沉102和104进行双侧冷却。热沉可以是平坦的，具有彼此平行的安装表面。激光二极管装置310可以在各热沉的安装表面之间具有相同的高度，并且可以以基本相同的高度发射光束。
70.系统300被配置为将来自激光二极管装置310的正面的第一光束311和来自激光二极管装置310的背面的第二光束331一起集成到光纤320的端帽322上。如图3所示，每个第一光束311a、311b、311c传播通过第一光学部件302a、302b、302c(例如，图2a的第一光学部件202，诸如fac透镜)和第二光学部件304a、304b、304c(例如，图2a的第二光学部件204，诸如sac透镜)并且被第一重定向镜306a、306b、306c(例如，图2a的重定向镜206)反射到光学组合器350(例如，光学棱镜)的第一表面上。第一重定向镜306a、306b、306c可以被成角度配置，使得第一光束311的准直光束点沿一个方向(诸如y方向)堆叠和分离，例如，如图2c所示。该方向可以为沿光束311的快轴。
71.每个第二光束331a、331b、331c传播通过另一第一光学部件332a、332b、332c(例如，图2a的第一光学部件202，诸如fac透镜)和另一第二光学部件334a、334b、334c(例如，图2a的第二光学部件204，诸如sac透镜)并且被第二重定向镜336a、336b、336c(例如，图2a的重定向镜206)经由一对重定向镜338和340反射到光学组合器350的第二表面上。第二重定向镜336a、336b、336c可以被成角度配置，使得第二光束331的准直光束点沿该方向(诸如y方向)堆叠和分离，例如，如图2c所示。在一些实施方式中，光学延迟器352(例如，偏振器)被设置在棱镜350的第二表面上并且被配置为调节第二光束331的偏振状态。光学组合器350可以被配置为使得第一光束311和第二光束331沿相同方向(诸如x方向)朝向光纤320的端帽322重定向、并且沿y方向(例如，沿快轴)堆叠和间隔开。
72.聚焦部件307(例如，图2a的聚焦部件207)被配置为将第一光束311和第二光束331聚焦到端帽322上。光学延迟器308(例如，图2a的光学延迟器208)可以被设置在聚焦部件307和端帽322之间，并且被配置为调节聚焦的第一光束311和聚焦的第二光束331的偏振状态。
73.图4是示出用于激光二极管的双侧冷却的激光二极管组件400的另一示例的示意图。激光二极管组件400包括第一热沉402、第二热沉406和多个激光二极管410a、410b、410c、410d、410e、410f(总体称为数个激光二极管410且单独称为激光二极管410)。作为示例，图4中示出六个激光二极管410。然而，不同数量的激光二极管也可以被包括在激光二极管组件400中。每个激光二极管可以是图1的激光二极管120。每个激光二极管可以被用于单侧发射或被用于双侧发射。激光二极管410被串联电连接。第一热沉402和第二热沉404中的每一个可以是图1的第一热沉102或图1的第二热沉104。
74.不同于图1的每个激光二极管120均位于单基板上，每个激光二极管410被设置在一对基板之间。如图4所示，激光二极管组件400包括多个第一基板420a、420b、420c、420d、
420e、420f(总体称为数个第一基板420且单独称为第一基板420)和多个第二基板430a、430b、430c、430d、430e、430f(总体称为数个第二基板430且单独称为第二基板430)。每个激光二极管410被对应的第一基板420和对应的第二基板430夹置。第一和第二基板420、430中的每一个都是导电和导热的，例如，由诸如铜的导电材料制成。
75.激光二极管组件400还包括在第一热沉402上的多个第一电接触焊盘404a、404b、404c(总体称为第一电接触焊盘404且单独称为第一电接触焊盘404)。可以通过例如利用诸如铜或铜钨的金属进行带图案的金属化来在第一热沉402上沉积第一电接触焊盘404。至少一个第一电接触焊盘404通过导电的对应的相邻第一基板420在各第一相邻激光二极管410之间提供第一串联电连接。例如，如图4所示，激光二极管410a、410b经由第一基板420a、第一电接触焊盘404a和第一基板420b电连接。
76.激光二极管组件400还包括在第二热沉406上的多个第二电接触焊盘408a、408b、408c(总体称为第二电接触焊盘408且单独称为第二电接触焊盘408)。可以通过例如利用诸如铜或铜钨的金属进行带图案的金属化来在第二热沉406上沉积第二电接触焊盘408。至少一个第二电接触焊盘408通过对应的相邻第二基板430在各第二相邻激光二极管410之间提供第二串联电连接。例如，如图4所示，激光二极管410b、410c经由第二基板430b、第二电接触焊盘408b和第二基板430c电连接。以此方式，激光二极管410可沿水平方向(例如，沿x方向)串联电连接。位于数个第二电接触焊盘两端处的第二电接触焊盘、例如408a和408d可以被分别耦合到电源的正电压(或电流)和负电压(或电流)。
77.所述多个第一基板420在第一热沉402上经由第一电接触焊盘404沿水平方向(例如，沿x方向)彼此间隔开。所述多个第二基板430在第二热沉406上经由第二电接触焊盘408沿水平方向彼此间隔开。每个激光二极管410沿垂直方向定位在不同对应第一基板420和不同对应第二基板430之间。垂直方向(例如，y方向)垂直于水平方向(例如，x方向)。第二热沉406位于所述多个第二基板430的顶部上。
78.沿着垂直方向，每个激光二极管410的底侧的底表面位于不同对应第一基板420的顶表面上，并且不同对应第二基板430的底表面位于激光二极管410的顶侧的顶表面上。不同对应第一基板420的底表面位于第一热沉402的顶表面上，并且第二热沉406的底表面位于不同对应第二基板430的顶表面上。
79.在一些实施方式中，第一热沉402的顶表面和第二热沉406的底表面是基本平坦的并且彼此平行。每个激光二极管410的对应有源层与第一热沉402的顶表面之间沿垂直方向的垂直距离可以彼此不同。例如，如图4所示，垂直距离可沿水平方向从左到右逐渐减小。对于每个激光二极管410，不同对应第二基板430的底表面和不同对应第一基板420的顶表面之间沿垂直方向(例如，沿y方向)的垂直距离基本彼此相同。每个激光二极管410可以沿垂直方向具有基本相同的垂直厚度。不同对应第二基板430沿垂直方向的垂直厚度彼此不同，并且不同对应第一基板420沿垂直方向的垂直厚度彼此不同。对于每个激光二极管410，对应第一基板420的垂直厚度和对应第二基板的垂直厚度之和是相同的。
80.激光二极管组件400可以通过这样的制造过程来制造。在一些实施方式中，该过程包括：将多个激光二极管中的每个激光二极管410定位在多个第一基板中的不同对应第一基板420上，激光二极管410的底侧在所述不同对应第一基板420上；将所述多个第一基板420定位在第一热沉402上，每个第一基板420在第一热沉402上彼此间隔开；并且将第二热
沉406定位在所述多个激光二极管410的顶侧上。该过程还包括在所述多个激光二极管中的每个激光二极管410的顶侧上定位多个第二基板的不同对应第二基板430，第二热沉406位于多个第二基板430上。
81.第一热沉402和第二热沉406的安装表面可以是基本平坦的并且彼此平行。对于所述多个激光二极管410中的每一个，激光二极管410、对应第一基板420和对应第二基板430的总高度是基本相同的。所述多个激光二极管410中的每一个在具有不同高度的相应平面中。
82.图5是示出用于激光二极管的双侧冷却的激光二极管组件500的另一示例的示意图。激光二极管组件500包括第一热沉502、第二热沉504、多个激光二极管510a、510b、510c(总体称为数个激光二极管510且单独称为激光二极管510)、以及多个基板520a、520b、520c(总体称为基板520且单独称为基板520)。各基板520在第一热沉502上彼此间隔开。每个激光二极管510的底侧位于不同对应基板520上。激光二极管510在激光二极管组件500中串联电连接。
83.每个激光二极管510可以是图1的激光二极管120。每个激光二极管510可以被用于单侧发射或被用于双侧发射。作为示例，图5中示出了三个激光二极管510。然而，不同数量的激光二极管也可以被包括在激光二极管组件500中。每个基板520可以是电绝缘的或导电的。每个基板520可以是图1的基板110。每个激光二极管510可以经由第一电接触焊盘522a、522b、522c(总体称为数个第一电接触焊盘522且单独称为第一电接触焊盘522)被安装在对应基板520上。第一电接触焊盘522可以是图1的电接触焊盘112并且可以被配置用于激光二极管510和基板520之间的共晶键合。
84.类似于图4的激光二极管41沿垂直方向(例如，沿y方向)设置在不同高度，激光二极管510也沿垂直方向设置在不同高度。不同于图4的第一热沉402和第二热沉404具有平坦的安装表面，第一热沉502和第二热沉504均具有阶梯状安装表面。也就是说，第一热沉502和第二热沉504中的每一个是阶梯状衬底。第一热沉502对应于第二热沉504。
85.如图5所示，第一热沉502包括多个彼此连续的第一台阶，并且每个基板520位于第一热沉502的不同对应第一台阶上。第二热沉504包括彼此连续的多个第二台阶，并且所述多个第二台阶中的不同对应第二台阶位于每个激光二极管510的顶侧上。相邻的第一台阶之间的高度差可以大于激光二极管510和基板520的总高度。相邻的第二台阶之间的高度差可以与相邻的第一台阶之间的高度差相同。对于每个激光二极管510，对应的第一台阶和对应的第二台阶的安装表面是基本平坦的并且彼此平行。
86.激光二极管组件500还包括多个第二电接触焊盘508a、508b、508c、508d(总体称为第二电接触焊盘508且单独称为第二电接触焊盘508)。每个第二电接触焊盘508在第二热沉504的不同对应第二台阶上并且与对应激光二极管510的第一类型掺杂半导体层电接触，不同对应第二台阶位于对应激光二极管510上。可以通过例如利用诸如铜或铜钨的金属进行带图案的金属化来在第二热沉504上沉积第二电接触焊盘508。
87.相邻的激光二极管510经由对应第一电接触焊盘522和对应第二电接触焊盘508电连接。由于对应第一电接触焊盘522和对应第二电接触焊盘508沿垂直方向处于不同高度，所以激光二极管组件500可以包括电连接到对应第一电接触焊盘522的垂直电接触突片524a、524b、524c(总体称为数个电接触突片524且单独称为电接触突片524)、以及垂直电接
触突片506b、506c、506d(总体称为数个电接触突片506且单独称为电接触突片506)。相邻的电接触突片524和506被电连接。例如，如图5所示，相邻的激光二极管510a、510b经由第一电接触焊盘522a、电接触接突片524a、506b和第二电接触焊盘508b电连接。以此方式，激光二极管组件500中的激光二极管510可以沿水平方向、例如沿x方向串联电连接。位于各第二电接触焊盘的两端处的第二电接触焊盘、例如508a和508d可以被分别耦合到电源的正电压(或电流)和负电压(或电流)。
88.激光二极管组件500可以通过这样的制造过程来制造。在一些实施方式中，该过程包括：将多个激光二极管中的每个激光二极管510定位在多个基板中的不同对应第一基板520上，激光二极管510的底侧在不同对应基板520上；将所述多个基板520定位在第一热沉502上，每个第一基板520在第一热沉502上彼此间隔开；以及将第二热沉504定位在所述多个激光二极管510的顶侧上。所述多个激光二极管510在激光二极管组件中被串联电连接。
89.第一热沉502是阶梯状衬底并且包括彼此连续的多个第一台阶，并且所述多个基板520中的每一个被安装在所述多个第一台阶中的相应第一台阶上。第二热沉504是阶梯状衬底并且对应于第一热沉502。第二热沉504包括相互连续的多个第二台阶。相邻的第二台阶之间的高度差可以与相邻的第一台阶之间的高度差相同。所述多个激光二极管510中的每一个的顶侧被附接到所述多个第二台阶中的不同对应第二台阶。
90.每个基板520可以是电绝缘的。该过程可以包括在所述多个基板520上形成多个第一电接触焊盘522。每个激光二极管510经由对应第一电接触焊盘522安装在对应基板520上。该过程可以包括例如通过带图案的金属化来在第二热沉504上形成多个第二接触焊盘508。该过程还可以包括形成用于电连接第一电接触焊盘522和第二电接触焊盘508的垂直电接触突片524、506，使得激光二极管510在激光二极管组件500中被串联电连接。
91.图6a-图6c示出了用于将来自多个激光二极管的单侧发射集成在激光二极管组件630中的另一系统600。激光二极管组件630可以是图4的激光二极管组件400或图5的激光二极管组件500。激光二极管组件630中的激光二极管沿垂直方向(例如，y方向)处于不同高度。系统600被配置为将从激光二极管在不同高度发射的激光束组合到具有端帽622(例如，图2a的端帽222)的单光纤620(例如，图2a的单光纤220)中。
92.如图6b所示，激光二极管组件630包括沿垂直方向处于不同高度的多个激光二极管610a、610b、610c(总体称为数个激光二极管610且单独称为激光二极管610)。在一些示例中，每个激光二极管610可以是图4的激光二极管410并且被安装在具有不同高度的多个基板中的一基板(例如，图4的基板420)上，并且这些基板位于平坦的衬底、例如图4的热沉402上。在一些示例中，每个激光二极管610可以是图5的激光二极管510并且被安装在对应基板(例如，图5的基板520)上，对应基板位于阶梯状衬底(例如，图5的热沉502)的不同台阶上。
93.每个激光二极管610被配置为从激光二极管610的单面、例如正面发射对应的激光束611a、611b、611c(总体称为数个光束611且单独称为光束611)。也就是说，激光二极管610被用于单侧发射。在一些实施方式中，激光二极管610通过位于激光二极管610的顶侧和底侧上的两个热沉、例如图4的第一和第二热沉402和406或图5中的第一和第二热沉502和504进行双侧冷却。
94.来自每个激光二极管610a、610b、610c的光束611a、611b、611c传播通过第一光学部件602a、602b或602c(称为第一光学部件602)和第二光学部件604a、604b或604c(称为第
二光学部件604)以用于光束整形，然后被对应重定向镜606a、606b、606c(总体称为数个重定向镜606且单独称为重定向镜606)单独重定向。在一些实施方式中，第一部件602包括快轴准直(fac)透镜，其被配置为沿光束611的快轴准直来自激光二极管610的光束611。第二部件604包括慢轴准直(sac)透镜，其被配置为沿光束611的慢轴准直光束611。重定向镜606可以被配置为使得被准直的光束611a、611b、611c平行地间隔开并且沿一方向(诸如y方向)堆叠，如图6b所示。阶梯状基板或热沉使光束611a、611b、611c能够沿相同方向(例如，x方向)传播而不受阻碍。
95.被准直的光束611a、611b、611c由另一重定向镜608引导并由聚焦部件609(例如，光学透镜)聚焦以通过端帽622耦合到光纤620中。如图6c所示，光束611a、611b、611c的聚焦光束点613a、613b、613c可以沿快轴(例如，y方向)被垂直堆叠在光纤620的横截面621上，以用于产生高功率。
96.图7a-图7b示出了用于将来自多个激光二极管的双侧发射集成在激光二极管组件中的另一系统700。激光二极管组件可以是图4的激光二极管组件400或图5的激光二极管组件500。激光二极管在激光二极管组件中沿垂直方向(例如，y方向)处于不同高度。系统600被配置为将从激光二极管在不同高度发射的激光束组合到具有端帽722(例如，图2a的端帽222)的单光纤720(例如，图2a的单光纤220)中。
97.类似于图6a-图6b的激光二极管610，激光二极管710a、710b、710c(总体称为数个激光二极管710且单独称为激光二极管710)沿y方向处于不同高度。在一些示例中，每个激光二极管710是图4的激光二极管410并且可以被安装在具有不同高度并且位于平坦衬底(例如，图4的热沉402)上的多个基板中的一基板(例如，图4的基板420)上。在一些示例中，每个激光二极管710可以是图5的激光二极管510并且被安装在对应基板(例如，图5的基板520)上，对应基板位于阶梯状衬底(例如，图5的热沉502)的不同台阶上。在一些实施方式中，激光二极管710通过位于激光二极管710的顶侧和底侧上的两个热沉、例如图4的第一和第二热沉402和406或图5的第一和第二热沉502和504进行双侧冷却。
98.不同于图6a-图6b的具有单侧发射的激光二极管610，激光二极管710被用于双侧发射并且被配置为从正面和背面发射激光束。如图7a所示，每个激光二极管710a、710b、710c在不同的垂直高度处从正面发射第一光束711a、711b、711c(总体称为数个第一光束711且单独称为第一光束711)，并且在不同的垂直高度处发射第二光束731a、731b、731c(总体称为数个第二光束731且单独称为第二光束731)。
99.系统700被配置为将来自激光二极管710的正面的第一光束711和来自激光二极管710的背面的第二光束731一起集成到光纤720的端帽722上。如图7a所示，每个第一光束711a、711b、711c传播通过第一光学部件702a、702b、702c(例如，图6a的第一光学部件602，诸如fac透镜)和第二光学部件704a、704b、704c(例如，图6a的第二光学部件604，诸如sac透镜)并且被第一重定向镜706a、706b、706c(例如，图6a的重定向镜606)反射到光学组合器740(例如，光学棱镜)的第一表面上。
100.每个第二光束731a、731b、731c传播通过另一第一光学部件732a、732b、732c(例如，图6a的第一光学部件602，诸如fac透镜)和另一第二光学部件634a、634b、634c(例如，图6a的第二光学部件604，诸如sac透镜)并且被第二重定向镜736a、736b、736c(例如，图6a的重定向镜606)反射到光学组合器740的第二表面上。在一些实施方式中，光学延迟器742(例
如，图3的光学延迟器352)被设置在棱镜740的第二表面上并且被配置为调节第二光束731的偏振状态。光学组合器740可以被配置为使得第一光束711和第二光束731沿相同的方向(例如，z方向)朝向光纤720的端帽722重定向并且沿y方向堆叠和间隔开。聚焦部件744(例如，图6a的聚焦部件609)被配置为将第一光束711和第二光束731聚焦到端帽722上。光学延迟器746(例如，图2a的光学延迟器208)可以被设置在聚焦部件744与端帽722之间，并且被配置为调节被聚焦的第一光束711与被聚焦的第二光束731的偏振状态。如图7b所示，第一光束711a、711b、711c的被聚焦的光束点713a、713b、713c和第二光束731a、731b、731c的被聚焦的光束点733a、733b、733c可以沿快轴(例如，y方向)被垂直堆叠在光纤720的横截面721上，以用于产生高功率。
101.已经描述了本发明的多个实施例。然而，应当理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种修改。因此，其他实施例也在以下权利要求的范围内。