CN111742405A

CN111742405A - 用于高功率激光系统的金刚石涂层复合材料散热器

Info

Publication number: CN111742405A
Application number: CN201880089792.0A
Authority: CN
Inventors: P·塔耶巴提; M·雷耶斯; 吴秀英
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-10-02
Also published as: US11398712B2; US20190190232A1; US11070023B2; DE112018006449T5; US20210320474A1; WO2019123020A1

Abstract

在不同的实施例中，激光系统的特征在于与散热器热连接的光束发射器，所述散热器包括、基本上由或由导热金属和难熔金属的金属‑基质复合材料组成。至少部分散热器的表面进行处理，以形成贫化区，并在贫化区内和/或上面沉积金刚石涂层。贫化区基本上不含导热金属或其导热金属的浓度低于散热器本体中导热金属的浓度。

Description

用于高功率激光系统的金刚石涂层复合材料散热器

相关申请

本申请要求2017年12月19日提交的美国临时专利申请No.62/607,378的权益和优先权，该申请全部内容通过引用纳入本申请中。

技术领域

在不同的实施例中，本发明涉及包含热管理用散热器的激光系统，特别是以金刚石涂层为特征的散热器。

背景技术

高功率激光系统用于许多不同的应用，如焊接、切割、钻孔和材料加工。所述激光系统通常包括激光发射器，从发射器发射的激光被耦合到光学纤维(或简称为“光纤”)内，及将来自光纤的激光聚焦到待加工的工件上的光学系统。多波长光束组合(WBC)是一种用于对来自激光二极管、激光二极管巴条、二极管巴条堆栈或以一维或二维阵列布置的其它激光器的输出功率和亮度进行调节的技术。已经开发了WBC方法，用于沿发射器阵列的一个维度或两个维度组合光束。典型的WBC系统包括多个发射器，如一个或多个二极管巴条，它们采用色散元件组合，以形成多波长光束。WBC系统中的每个发射器都单独地谐振，并且通过由色散元件沿着光束组合维度滤波的、来自共同的部分反射输出耦合器的波长特定反馈来稳定。示例性WBC系统在2000年2月4日提交的美国专利No.6,192,062、1998年9月8日提交的美国专利No.6,208,679、2011年8月25日提交的美国专利No.8,670,180、以及2011年3月7日提交的美国专利No.8,559,107中都进行了详细描述，通过引用，这些专利全文纳入本申请中。

虽然WBC等技术已经在生产应用范围广泛的激光器类系统中获得了成功，但是，更广泛的使用所述系统需要更高水平的激光器输出功率。通常更高的激光器功率涉及以日益增加的更高电流驱动激光二极管，导致操作温度更高和伴随出现热-管理问题，热管理的目的是防止与温度有关的可靠性问题。虽然高功率激光系统通常采用由导热金属或其它材料组成的散热器将激光发射器本身的热量撤走，但是，某些系统的热管理需求还需要采用循环冷却剂(例如水)来加快散热。冷却剂的使用可能导致散热器材料腐蚀和/或侵蚀，引发使用寿命和可靠性问题。因此，需要提供解决这些问题的热管理方案。

发明内容

根据本发明的实施例，包含光束发射器的激光器器件，如激光二极管(例如，单激光二极管、激光二极管巴条或它们的阵列)，采用散热器(例如，电极支架和/或导热外壳)，散热器特点是其上面有金刚石涂层，至少在暴露于停滞和/或流动液体冷却剂(如水)的表面(或部分表面)上有金刚石涂层。正如本领域所熟悉的那样，金刚石的导热性非常好，而且耐侵蚀和腐蚀。通过这种方式，本发明实施例所述的散热器保持较高的热导率，同时其特征是在液体冷却应用中的使用寿命长。

遗憾的是，激光器散热器通常是金属的，而且由于碳原子倾向于仅与金属原子形成化学键而不是形成真正的金刚石涂层，因此，金刚石不容易与大多数金属粘附。本发明的各实施例通过在沉积金刚石涂层之前采用特殊的散热器材料和制备方法来应对这一挑战。在各种实施例中，所述散热器包括、基本上由，或由金属-基质复合材料(或假-合金)组成，其特征在于(1)一种或多种导热金属，如Cu和/或Ag，和(2)一种或多种难熔金属，如W、Mo和/或Ti。(在各种实施例中，散热器的各组分，或至少其两个组分，是互相不溶的)。所述复合材料(例如，CuW、AgW、AgMo或CuMo)通常是导热的，因此是有用的高功率激光器器件的热管理材料。此外，这些复合材料中的不同材料倾向于在热膨胀系数(CTE)方面与激光器材料(例如，GaAs或其它半导体)很好地匹配，当作为激光器的散热器使用时，改善了这些材料的可靠性。(当散热器与激光器在CTE方面未能很好地匹配时，反复操作引起的热循环会导致分层或热接触不良等问题，损害散热器的散热特性，导致热量过多。)正如本领域技术人员熟悉的那样，以及正如所述词语在此处使用的那样，金属-基质复合材料(或假合金)包含多个分散相(例如，导热相和难熔相)，每个相包括、基本上由，或由所述复合材料的其中一种组分组成，各组分倾向于几乎没有(如果有的话)互溶性。例如，一个相可能是基质相，其它相的分散粒子分散在基质相中。在本发明的各实施例中，金属-基质复合材料的每种组分在其它组分中的溶解度都不大于大约10％，不大于大约8％，不大于大约5％，不大于大约2％，不大于大约1％，不大于大约0.5％，不大于大约0.2％，或不大于大约0.1％。在本发明的各实施例中，金属-基质复合材料的每种组分在其它组分中的溶解度是大约等于0％(即几乎不溶)。

本发明实施例所述的散热器可以不含碳和/或碳化物(例如，金属碳化物和/或陶瓷碳化物)，至少在蚀刻和沉积金刚石薄膜之前是这样。例如，在本发明的实施例中，在沉积金刚石薄膜之前，散热器上不会有意沉积或形成任何含碳和/或碳化物的层或薄膜。

为了促进金刚石在金属-基质复合材料上的涂布，采用蚀刻剂蚀刻散热器(或其一部分或多个部分)，蚀刻剂清除导热组分(例如，Cu)，同时，保持散热器表面难熔组分(如W)形成的基质完好无损。在各实施例中，导热组分被蚀刻清除到相当浅的深度(例如，大约1μm至大约10μm)，从而避免在散热器中形成可能影响其导热性的过多孔隙度。在清除导热组分后，在所述散热器被蚀刻的表面上沉积一层包括、基本上由或由金刚石组成的涂层。本发明人发现，表面清除导热组分(通过增大与散热器多孔蚀刻表面之间的粘附，以及在金刚石涂层的碳和散热器的难熔组分之间形成化学键)促进了金刚石涂层和剩余散热器材料之间的机械和化学粘附，得到了耐腐蚀和侵蚀的牢固涂层。然后，可以在这种涂层散热器上面安装光束发射器，并将其用于高功率激光系统(例如，WBC激光系统和/或将输入光束耦合到光纤内和/或将光束引入到工件对其进行加工)。

在本发明的不同实施例中，在导热组分被蚀刻之前或之后，散热器都不进行任何渗碳处理。正如本领域熟悉的那样，渗碳处理是在碳存在下，使碳吸附到，例如，金属表面内的一种热处理。虽然传统方法通常采用渗碳处理来增强碳-基(例如，金刚石)涂层的粘附性，但是，本发明的实施例并不需要任何渗碳处理，而且，在蚀刻表面上沉积导致金刚石涂层与散热器之间具有足够的粘附性。同样，如前所述，本发明的实施例在沉积金刚石涂层之前，通常并不需要在散热器上面沉积或形成任何含碳或碳-基薄膜。

虽然此处详细说明的本发明实施例主要涉及沉积金刚石薄膜，但是，本发明其它实施例也可以采用其它类似的薄膜。例如，本发明实施例可以包括沉积金刚石-类碳膜，即性质与晶体金刚石薄膜类似的无定形碳薄膜。所述薄膜可以采用熟悉的方法，无需开展过多实验沉积，例如，采用碳-基前体(例如，气体，如甲烷)，采用溅射、离子束沉积、阴极电弧沉积或等离子辅助沉积。虽然本发明实施例所述的金刚石薄膜通常是结晶的，但是，至少部分结晶的(和，例如，部分无定形的)混合薄膜被认为是本发明实施例所述的金刚石薄膜。

此处所述的高热导率材料，或“导热材料”的热导率是至少100瓦特每米每开氏温度(W·m^-1·K^-1)，至少170W·m^-1·K^-1，或甚至至少300W·m^-1·K^-1。此处所述的高电导率材料，或“导电材料”的电导率，例如，20℃时的电导率是至少1×10⁵西门子每米(S/m)，至少1×10⁶S/m，或甚至至少1×10⁷S/m。此处所述的高电阻率材料，或“绝缘材料”的电阻率至少是1×10⁸欧姆·米(Ω·m)，至少1×10¹⁰Ω·m，或甚至至少1×10¹²Ω·m。

本发明实施例所述的激光器件可以在WBC系统中使用，用于形成高亮度、低光束参数积(BPP)的激光系统。BPP是激光光束发散角(半角)和光束在其最窄点(即光束腰，最小光斑尺寸)的半径的乘积。BPP对激光光束的质量及其聚焦小光斑的程度进行定量，并且通常以毫米-毫弧度(mm-mrad)为单位表示。高斯光束具有可能最低的BPP，以激光波长除以π得到。实际光束的BPP和同一波长理想的高斯光束的BPP之比以M²表示，即“光束质量因子”表示，它是与波长无关的光束质量衡量参数，“最佳”质量与“最低”光束质量因子1对应。

本发明的实施例将一束或多束输入激光光束耦合到光纤内。在不同的实施例中，光纤是多个包层包住一根单芯、单包层内多个分散芯区(或“芯”)，或多个包层包住多个芯。

此处，“光学元件”可以指的是透镜、反射镜、棱镜和光栅等中的任一种，其重新定向、反射、弯曲或以任何其他方式光学地操纵电磁辐射。此处光束发射器、发射器、或激光发射器、或激光器包括诸如半导体元件的任何电磁光束生成装置，其生成电磁光束，但可以是或不是自谐振装置。这些还包括光纤激光器、盘形激光器、非固态激光器等。通常，每个发射器包括背反射表面、至少一个光学增益介质、以及前反射表面。光学增益介质增大电磁辐射的增益，电磁辐射不限于电磁光谱的任何特定部分，而可以是可见光、红外光和/或紫外光。发射器可以包括或基本上由多光束发射器组成，诸如被配置为发射多光束的二极管巴条。所述实施例中接收的输入光束可以是单波长光束或使用本领域中熟悉的各种技术组合的多波长光束。此外，此处所述“激光器”、“激光发射器”或“光束发射器”不仅包括单二极管激光器，还包括二极管巴条、激光器阵列、二极管巴条阵列以及单个或阵列的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。

激光二极管，诸如以下通用描述中描述的激光二极管，可以与此处所述的创新实施例联合使用。激光二极管通常基于一种支持光子(光)发射的简单二极管结构。但是，为了改善效率、功率、光束质量、亮度、可调谐性等，通过对这种简单结构进行改进，从而提供许多实际类型的激光二极管。激光二极管的类型包括产生光束输出功率从几毫瓦到大约半瓦的高质量光束的小型边发射类型。二极管激光器的结构类型包括两个高带隙层之间夹着一层低带隙材料的双异质结构激光器；包括非常薄的中间层(量子阱层)，导致激光能量高效率和量子化的量子阱激光器；包括不止一层量子阱层、改善增益特点的多量子阱激光器；以线或点代替中间层而产生更高效率量子阱激光器的量子线或量子海(点)激光器；通过改变量子层的厚度可以调节波长，以相对较长的波长实现激光作用的量子级联激光器；分离限制异质结构激光器，这是最常用的一种商业激光二极管，在量子阱层上面和下面包括另外两层，从而有效地限制产生的光；分布反馈激光器，是苛刻的光通信应用中最常用的激光器，包括集成衍射光栅，促进在生产期间通过将单波长反射回到增益区，产生稳定的波长设置；垂直腔面发射激光器(VCSEL)，它具有与其它激光二极管不同的结构，其中光是从其表面而不是从其边缘发射；及垂直外腔面发射激光器(VECSEL)和外腔二极管激光器，它们是可调节激光器，主要采用双异质结构二极管，并且包括光栅或多-棱镜光栅配置。外腔二极管激光器通常是波长可调节的，并且具有较小的发射谱线宽度。激光二极管类型还包括多种高功率二极管类激光器，包括：宽域激光器，其特征在于具有长方形输出端面的多-模二极管，通常光束质量差，但产生几瓦的功率；锥形激光器，其特征在于具有锥形输出端面的像散模式二极管，与宽域激光器相比，光束质量和亮度得到改进；脊形波导激光器，其特征在于具有椭圆形输出面的椭圆模式二极管；及平板耦合光波导激光器(SCOWL)，其特征在于具有圆形输出面的圆形模式二极管，可产生近圆形截面衍射-极限瓦特级输出光束。

激光二极管阵列、巴条和/或堆栈，诸如以下通用描述中描述的那些，可以与此处所述的创新实施例联合使用。激光二极管可以单独地或分组地封装，通常以一维行/阵列(二极管巴条)或二维阵列(二极管巴条堆栈)封装。二极管阵列堆栈通常是二极管巴条的垂直堆栈。与相当的单一宽域二极管，激光二极管巴条或阵列通常具有高很多的功率，并且经济高效。高功率二极管巴条通常包含宽域发射器的阵列，产生几十瓦特光束，但光束质量相对较差；尽管功率较高，但亮度通常低于宽域激光二极管的亮度。高功率二极管巴条可以堆叠以产生高功率堆叠二极管巴条，用于产生几百或几千瓦特的极高功率。激光二极管阵列可以被配置为将光束发射至自由空间或至光纤中。光纤耦合的二极管激光器阵列可以方便地用作用于光纤激光器和光纤放大器的泵浦源。

二极管激光器巴条是一种类型的半导体激光器，其包含宽域发射器的一维阵列或可替换地包含具有例如10-20个窄带发射器的子阵列。宽域二极管巴条通常包含例如19-49个发射器，每个发射器具有例如1μm×100μm的级别的尺寸。沿着1μm维度或快轴的光束质量通常是衍射受限的。沿着100μm维度或或慢轴或阵列维度的光束质量通常是多次衍射受限的。通常，用于商业应用的二极管巴条具有1-4mm级别的激光谐振器长度，约10mm宽，并产生几十瓦特的输出功率。大多数二极管巴条在780至1070nm的波长区域内操作，其中808nm(用于泵浦钕激光器)和940nm(用于泵浦Yb:YAG)波长是最重要的波长。915–976nm的波长范围用于泵浦掺铒或掺镱高功率光纤激光器和放大器。

通常被处理的二极管巴条的特性是输出空间光束轮廓。对于大多数应用来说，需要光束调节光学器件。因此，通常需要努力调节二极管巴条或二极管堆栈的输出。调节技术包括使用非球面透镜对光束进行准直，同时保持光束质量。微光学快轴准直器可用于沿快轴准直输出光束。非球面柱面透镜阵列通常用于沿阵列或慢轴准直每个激光元件。为了实现具有近似圆形束腰的光束，可以应用特殊的光束整形器，用于每个二极管巴条或阵列的光束质量的对称化。二极管巴条的劣化特性是“smile”效应-所连接发射器的平面性轻微弯曲。Smile误差可能对聚焦来自二极管巴条的光束的能力具有不利影响。另一个劣化特性是慢轴和快轴的准直误差。例如，快轴准直透镜的扭曲导致有效的smile。这对聚焦能力具有不利影响。在堆栈中，每个巴条的“指向”误差通常是最主要的效果。指向误差是准直误差，并且是从快轴透镜偏移的阵列或巴条的结果。1μm的偏移与具有1μm的smile的整个阵列相同。

二极管巴条和二极管阵列克服了非常宽的单个发射器的限制，诸如放大的自发发射或横向的寄生激光或细丝形成。二极管阵列也可以以更稳定的模式轮廓操作，因为每个发射器产生其自己的光束。利用相邻发射器某种程度的相干耦合的技术可以产生质量更好的光束。这些技术可以被包括在二极管巴条的制造中，而其它技术可以包括外部空腔。二极管阵列的另一个益处是阵列几何结构使得二极管巴条和阵列非常适合于相干或光谱波束组合，以获得高得多的光束质量。

除了原始巴条或阵列产品外，二极管阵列可用于光纤耦合形式，因为这通常可以更容易地利用每个发射器的输出并安装二极管巴条，使得二极管的冷却距光使用处一定的距离。通常，在慢轴方向上没有光束调节的情况下使用简单的快轴准直器，或者使用更复杂的光束整形器以更好地保持亮度，将光耦合到单个多模光纤中。还可以将发射器发出的小光束发射到光纤束中(每个发射器具有一根光纤)。二极管巴条或二极管阵列的发射带宽是一些应用的重要考虑因素。光学反馈(例如来自体布拉格光栅)可以显著改善波长容限和发射带宽。另外，带宽和精确的中心波长对于光谱束组合也很重要。

二极管堆栈只是多个二极管巴条的布置，其可以输送非常高的输出功率。也称为二极管激光器堆栈、多巴条模块或二维激光器阵列，最常见的二极管堆栈布置是垂直堆栈的布置，其实际上是边缘发射器的二维阵列。可以通过将二极管巴条与薄的散热器连接，并将这些组件堆叠来制造这种堆栈，以便获得二极管巴条和散热器的周期性阵列。还有水平二极管堆栈和二维堆栈。为了获得高光束质量，二极管巴条通常应尽可能彼此靠近。另一方面，有效冷却要求安装在巴条之间的散热器的厚度非常低。二极管巴条间距的这种折衷处理导致二极管堆栈在垂直方向上的光束质量(以及随后其亮度)远低于单个二极管巴条的光束质量。然而，有些技术，例如，通过空间交错不同二极管堆栈的输出，通过极化耦合或通过波长复用，可以明显减轻这个问题。已经为这种目的开发了各种类型的高功率光束整形器和相关装置。二极管堆栈可以提供极高的输出功率(例如，数百或数千瓦)。

一方面，本发明实施例的特点是一种散热器的制备方法。提供一种散热器。所述散热器包括、基本上由、或由至少一种导热金属和至少一种难熔金属的金属基质-复合材料组成。所述散热器至少一部分表面被蚀刻，从而在其上形成贫化区。所述贫化区可以包括、基本上由、或由难熔金属组成。所述贫化区基本上不含导热金属。在至少部分贫化区上面沉积一层涂层。所述涂层包括、基本上由或由金刚石组成。

本发明的实施例可包括下述任何组合的一种或多种组合。所述导热金属可能包括、基本上由或由Cu和/或Ag组成。所述难熔金属可能包括、基本上由或由W、Mo和/或Ti组成。所述导热金属可能包括、基本上由或由Cu组成，所述难熔金属可能包括、基本上由或由W组成。所述涂层可以通过化学气相沉积法或物理气相沉积法(如溅射、蒸发)沉积。贫化区的厚度可以是大约1μm至大约10μm，大约0.5μm至大约20μm，大约2μmm至大约5μm，或大约5μm至大约15μm。涂层的厚度可以是大约5μm至大约20μm，大约1μm至大约10μm，大约0.5μmm至大约20μm，大约2μm至大约5μm，或大约5μm至大约15μm。所述散热器的至少部分表面采用溶液蚀刻，所述溶液包括、基本上由或由(i)氯化铁，(ii)乙酸和过氧化氢，和/或(iii)盐酸和过氧化氢组成。所述溶液可能包含水(例如，去离子水)和/或另一种稀释剂。所述散热器的至少部分表面(或其至少一部分)可以位于散热器内部管道内。所述散热器可以包括流体入口和流体出口。所述散热器的至少部分表面可以位于散热器与流体入口和流体出口流体上连接的部分上。光束发射器可与所述散热器热连接。光束发射器可以与散热器直接机械接触。光束发射器和散热器之间可以布置热粘合材料。散热器的第一部分表面可以被蚀刻。在蚀刻散热器第一部分表面之前，散热器的第二部分表面可以被掩蔽，防止其被蚀刻。在沉积涂层之前，至少部分贫化区可以先进行粗糙处处理。

另一方面，本发明实施例的特点是一种散热器制备方法。提供一种散热器。所述散热器包括、基本上由、或由导热金属和难熔金属的金属基质-复合材料组成。所述散热器包括第一浓度的导热金属。所述散热器的至少部分表面被蚀刻，以去除至少部分导热金属，从而在所述至少部分表面上形成贫化区。所述贫化区可以包括、基本上由、或由难熔金属组成。在至少部分贫化区上沉积一层涂层。所述涂层包括、基本上由或由金刚石组成。

本发明的实施例可包括下述任何组合的一种或多种组合。所述贫化区可包括第二浓度的导热金属，第二浓度低于第一浓度。贫化区导热金属的浓度在远离散热器表面的方向增加。所述贫化区基本上不含导热金属。所述导热金属可能包括、基本上由或由Cu和/或Ag组成。所述难熔金属可能包括、基本上由或由W、Mo和/或Ti组成。所述导热金属可能包括、基本上由或由Cu组成，所述难熔金属可能包括、基本上由或由W组成。所述涂层可以通过化学气相沉积法或物理气相沉积法(如溅射、蒸发)沉积。贫化区的厚度可以是大约1μm至大约10μm，大约0.5μm至大约20μm，大约2μmm至大约5μm，或大约5μm至大约15μm。涂层的厚度可以是大约5μm至大约20μm，大约1μm至大约10μm，大约0.5μmm至大约20μm，大约2μm至大约5μm，或大约5μm至大约15μm。所述散热器的至少部分表面采用溶液蚀刻，所述溶液包括、基本上由或由(i)氯化铁，(ii)乙酸和过氧化氢，和/或(iii)盐酸和过氧化氢组成。所述溶液可能包含水(例如，去离子水)和/或另一种稀释剂。所述散热器的至少部分表面(或其至少一部分)可以位于散热器内部管道内。所述散热器可以包括流体入口和流体出口。所述散热器的至少部分表面可以位于散热器与流体入口和流体出口流体上连接的部分上。光束发射器可与所述散热器热连接。光束发射器可以与散热器直接机械接触。光束发射器和散热器之间可以布置热粘合材料。散热器的第一部分表面可以被蚀刻。在蚀刻散热器第一部分表面之前，散热器的第二部分表面可以被掩蔽，防止其被蚀刻。在沉积涂层之前，至少部分贫化区可以先进行粗糙处处理。

另一方面，本发明实施例的特征在于一种散热器，其包括、基本上由或由散热器本体、贫化区和涂层组成。所述散热器本体包括、基本上由、或由导热金属和难熔金属的金属基质-复合材料组成。所述散热器本体可以经配置(例如，尺寸和形状配置)为光束发射器热连接和/或接收或支持光束发射器。所述贫化区位于所述散热器本体至少部分表面上和/或内。所述贫化区可以包括、基本上由、或由难熔金属组成。所述贫化区基本上不含导热金属。所述涂层位于贫化区的内部和/或上面。所述涂层包括、基本上由或由金刚石组成。

本发明的实施例可包括下述任何组合的一种或多种组合。所述导热金属可能包括、基本上由或由Cu和/或Ag组成。所述难熔金属可能包括、基本上由或由W、Mo和/或Ti组成。导热金属可能包括、基本上由或由Cu组成，难熔金属可能包括、基本上由或由W组成。贫化区的厚度可以是大约1μm至大约10μm，大约0.5μm至大约20μm，大约2μmm至大约5μm，或大约5μm至大约15μm。涂层的厚度可以是大约5μm至大约20μm，大约1μm至大约10μm，大约0.5μmm至大约20μm，大约2μm至大约5μm，或大约5μm至大约15μm。散热器本体在其内部限定一根管道。所述贫化区位于所述散热器所述管道的至少部分上和/或内部。所述散热器本体可以在其内部限定一流体入口和一流体出口。贫化区可以位于与流体入口和流体出口流体上连接的部分散热器本体的上面和/或内部。光束发射器可与所述散热器本体热连接。光束发射器可以与散热器本体直接机械接触。光束发射器和散热器本体之间可以布置热粘合材料。光束发射器可以包括、基本上由或由经配置发射多种离散光束的二极管巴条组成。至少两个(或甚至全部)光束可以具有不同的波长。

另一方面，本发明实施例的特征在于多波长光束组合激光系统，其包括、基本上由或由光束发射器、聚焦光学器件、色散元件、部分反射输出耦合器及散热器组成。所述光束发射器经配置发射多种离散光束。至少两个(或甚至全部)光束可以具有不同的波长。所述聚焦光学器件将多个光束至少部分叠加到色散元件上。色散元件接收和分散接收到的聚焦光束。定位部分反射输出耦合器的位置，使其接收分散的光束，并将部分分散光束作为多波长输出光束传输通过，并将第二部分分散光束反射回到色散元件(例如，返回到色散元件，从而回到光束发射器)。散热器与光束发射器热连接。光束发射器可以与散热器直接机械接触。光束发射器和散热器之间可以布置热粘合材料。散热器包括、基本上由、或由散热器本体、位于散热器本体至少部分表面上和/或内的贫化区，及位于贫化区内和/或上面的涂层组成。所述散热器本体包括、基本上由、或由导热金属和难熔金属的金属基质-复合材料组成。所述贫化区可以包括、基本上由、或由难熔金属组成。所述贫化区基本上不含导热金属。所述涂层包括、基本上由或由金刚石组成。

本发明的实施例可包括下述任何组合的一种或多种组合。色散元件可以包括、基本上由或衍射光栅(例如，透射式衍射光栅或反射式衍射光栅)组成。所述导热金属可能包括、基本上由或由Cu和/或Ag组成。所述难熔金属可能包括、基本上由或由W、Mo和/或Ti组成。导热金属可能包括、基本上由或由Cu组成，难熔金属可能包括、基本上由或由W组成。贫化区的厚度可以是大约1μm至大约10μm，大约0.5μm至大约20μm，大约2μmm至大约5μm，或大约5μm至大约15μm。涂层的厚度可以是大约5μm至大约20μm，大约1μm至大约10μm，大约0.5μmm至大约20μm，大约2μm至大约5μm，或大约5μm至大约15μm。散热器本体在其内部限定一管道。所述贫化区位于所述散热器所述管道的至少部分上和/或内。所述散热器本体可以在其内部限定一流体入口和一流体出口。贫化区可以位于与流体入口和流体出口流体上连接的部分散热器本体的上面和/或内部。

另一方面，本发明实施例的特征在于一种散热器，其包括、基本上由或由散热器本体、贫化区和涂层组成。所述散热器本体包括、基本上由、或由导热金属和难熔金属的金属基质-复合材料组成。所述散热器本体可以经配置(例如，尺寸和形状)为光束发射器热连接和/或接收或支持光束发射器。散热器本体包含第一浓度(非-零浓度)的导热金属。所述贫化区位于所述散热器本体至少部分表面上和/或内。所述贫化区可以包括、基本上由、或由难熔金属组成。所述涂层位于贫化区的内部和/或上面。所述涂层包括、基本上由或由金刚石组成。

本发明的实施例可包括下述任何组合的一种或多种组合。所述贫化区可包括第二浓度(非-零浓度)的导热金属，第二浓度低于第一浓度。贫化区导热金属的浓度在远离散热器本体表面的方向增加。所述贫化区基本上不含导热金属。所述导热金属可能包括、基本上由或由Cu和/或Ag组成。所述难熔金属可能包括、基本上由或由W、Mo和/或Ti组成。导热金属可能包括、基本上由或由Cu组成，难熔金属可能包括、基本上由或由W组成。贫化区的厚度可以是大约1μm至大约10μm，大约0.5μm至大约20μm，大约2μmm至大约5μm，或大约5μm至大约15μm。涂层的厚度可以是大约5μm至大约20μm，大约1μm至大约10μm，大约0.5μmm至大约20μm，大约2μm至大约5μm，或大约5μm至大约15μm。散热器本体在其内部限定一根管道。所述贫化区位于所述散热器的所述管道的至少部分上和/或内。所述散热器本体可以在其内部限定一流体入口和一流体出口。贫化区可以位于与流体入口和流体出口流体上连接的部分散热器本体的上面和/或内部。光束发射器可与所述散热器本体热连接。光束发射器可以与散热器本体直接机械接触。光束发射器和散热器本体之间可以布置热粘合材料。光束发射器可以包括、基本上由或由经配置发射多种离散光束的二极管巴条组成。至少两个(或甚至全部)光束可以具有不同的波长。

另一方面，本发明实施例的特征在于多波长光束组合激光系统，其包括、基本上由或由光束发射器、聚焦光学器件、色散元件、部分反射输出耦合器及散热器组成。所述光束发射器经配置发射多种离散光束。至少两个(或甚至全部)光束可以具有不同的波长。所述聚焦光学器件至少部分叠加多个光束到色散元件上。色散元件接收和分散接收到的聚焦光束。布置部分反射输出耦合器，使其接收分散的光束，并将部分分散光束作为多波长输出光束传输通过，并将第二部分分散光束反射回到色散元件(例如，返回到色散元件，从而回到光束发射器)。散热器与光束发射器热连接。光束发射器可以与散热器直接机械接触。光束发射器和散热器之间可以布置热粘合材料。散热器包括、基本上由、或由散热器本体、位于散热器本体至少部分表面上和/或内的贫化区，及位于贫化区内和/或上面的涂层组成。所述散热器本体包括、基本上由、或由导热金属和难熔金属的金属基质-复合材料组成。散热器本体包含第一浓度(非-零浓度)的导热金属。所述贫化区可以包括、基本上由、或由难熔金属组成。所述涂层包括、基本上由或由金刚石组成。

本发明的实施例可以包括任何多种组合中的一组或多组下述组合。色散元件可以包括、基本上由或衍射光栅(例如，透射式衍射光栅或反射式衍射光栅)组成。所述贫化区可包括第二浓度(非-零浓度)的导热金属，第二浓度低于第一浓度。贫化区导热金属的浓度在远离散热器本体表面的方向增加。所述贫化区基本上不含导热金属。所述导热金属可能包括、基本上由或由Cu和/或Ag组成。所述难熔金属可能包括、基本上由或由W、Mo和/或Ti组成。导热金属可能包括、基本上由或由Cu组成，难熔金属可能包括、基本上由或由W组成。贫化区的厚度可以是大约1μm至大约10μm，大约0.5μm至大约20μm，大约2μmm至大约5μm，或大约5μm至大约15μm。涂层的厚度可以是大约5μm至大约20μm，大约1μm至大约10μm，大约0.5μmm至大约20μm，大约2μm至大约5μm，或大约5μm至大约15μm。散热器本体在其内部限定一根管道。所述贫化区位于所述散热器的所述管道的至少部分上和/或内。所述散热器本体可以在其内部限定一流体入口和一流体出口。贫化区可以位于与流体入口和流体出口流体上连接的部分散热器本体的上面和/或内部。

通过参考下述说明、附图及权利要求，此处公开的本发明的这些和其它目的，以及优点和特征将变得更为显而易见。此外，应该了解的是，此处描述的各实施例的特征并不是互相排斥的，并且可以以不同的组合和排列的形式存在。此处使用的词语“近似”、“大约”和“大体上”指的是±10％，在一些实施例中，是±5％。除非此处另外定义，词语“基本上由……组成”指的是不包括其它对功能有作用的材料。尽管如此，所述其它材料可能存在，其总含量或单独含量是痕量。除非另外声明，此处词语“辐射”和“光”互换使用。此处所述“下游”或“光学地下游”用于表示光束遇到第一元件后射到第二元件上的相对位置，第一元件是第二元件的“上游”或“光学地上游”。此处所述两个部件之间的“光学距离”是光束在两个部件之间实际上传播的距离；由于，例如，来自镜子反射或光从其中一个部件传播到另一个部件经历的传播方向的其它变化，光学距离可以是，但并不一定是，等于两个部件之间的物理距离。

附图说明

在附图中，不同的视图中类似的参考字符通常指的是同一部件。此外，附图并不一定是按比例绘制，相反，重点通常放在阐明本发明的原理。在下述说明中，参考下述附图对本发明的各个实施例进行说明，其中：

图1和图2分别是本发明各实施例封装激光器的侧视图和透视图；

图3是本发明各实施例封装激光器的侧视图；

图4A是本发明各实施例散热器的示意图；

图4B是图4A散热器一部分的放大图；

图4C描述了按照本发明实施例蚀刻处理后图4B的部分；

图4D描述了按照本发明实施例薄膜沉积后图4C的部分；

图4E是本发明各实施例散热器的示意图；

图4F描述了按照本发明实施例蚀刻处理后图4E的散热器；

图4G描述了按照本发明实施例薄膜沉积后图4F的散热器；

图5A和5B是本发明各实施例散热器的截面示意图；

图6是包含本发明各实施例封装激光器的多波长光束组合激光系统的示意图。

具体实施方式

图1和图2描述了本发明实施例所述的示例性封装激光器的一部分。如图中所示，激光器100包括夹在两个电极支架110、115之间的光束发射器105。光束发射器105可能包括或基本上由，例如，激光二极管、二极管巴条、激光二极管阵列、二极管巴条阵列或一个或多个垂直腔面发射激光器(VCSEL)组成。电极支架110、115与光束发射器105热连接，它们中的每个与光束发射器105的其中一个电极(即阳极和阴极)电连接。例如，电极支架110可与光束发射器105的阳极电连接，电极支架115可与光束发射器105电连接，或反过来。电极支架110、115通常具有高导热性和高导电性。绝缘层120设置在光束发射器105周围以及电极支架110、115之间，从而将电极支架110、115彼此电隔离(而不是建立通过光束发射器105本身的任何导电路径)。如图所示，电极支架110、115可以经由例如一个或多个紧固件(诸如螺钉)紧固在一起并紧固到光束发射器105，该紧固件也可以将电极支架和壳体连接(如下文详细所述)。导电触点125、130连接到电极支架110、115并从电极支架110、115延伸，以便于将激光器100互连(串联或并联)到例如其它激光装置或电源(例如，电流源)。激光器100还可以包含2015年3月24日提交的美国专利No.9,178,333中描述的和/或根据该专利制造的一个或多个特征，通过引用，该专利全文纳入本申请中。

图3描述了一种激光装置，其中一个或两个电极支架110、115紧固或固定到导热外壳310上。外壳310可以包括或基本上由壳体315组成，壳体上覆盖绝缘层320，阻止或基本上防止电极支架110和壳体315之间导电，同时保持两者之间的导热性。例如，绝缘层320可以包括、基本上由或由氮化铝、砷化硼、金刚石和/或氧化铍组成。在一些实施例中，可以不存在绝缘层320。壳体315可以包括、基本上由或由一种或多种导热材料组成。如图3所示，壳体315还可以在其内包括一个或多个冷却通道325，冷却剂(例如，液体，如水)可以通过冷却通道325流动，移除壳体的热量。冷却剂来源和冷却剂散热器可以通过冷却剂互连330与冷却通道325连接。冷却剂储槽及，例如，换热器，可以与冷却通道325流体连接，为它们提供冷却剂。所述冷却系统是传统的，无需开展过多的实验，即可与本发明实施例一起使用。

在一些实施例中，在电极支架110和外壳310之间采用热粘合层335增强接触(及从而导热)，即使绝缘层320的表面粗糙也如此。热粘合层335可以包括、基本上由或由，例如，热粘合材料，如导热焊接剂、箔、液体、膏或凝胶材料，如铟(如铟膏或焊接剂)或银膏组成。热粘合层335的厚度可以是，例如，大约0.5μm至大约150μm。绝缘层320的厚度可以是，例如，大约5μm至大约150μm。在不同的实施例中，光束发射器105和电极支架110、115中的一个支架或两个支架之间也存在热粘合层335。热粘合层335和/或和其接触的部件部分可以采用密封材料密封，最大限度地防止热粘合层335蠕变，例如，如2016年1月26日提交的序列号15/006,733的美国专利申请所述，通过引用，该申请全文纳入本发明中。本发明实施例的热粘合层和激光装置还可以包括一种或多种结构或系统，抑制热粘合材料的移动，如2016年1月26日提交的序列号15/006,693的美国专利申请所述，通过引用，该申请全文纳入本发明中。

根据本发明的实施例，散热器(例如，电极支架和/或外壳)基本上完全或部分涂布金刚石涂层，实现导热，但提供机械强度和耐侵蚀和腐蚀性。在各种实施例中，所述散热器包括、基本上由，或由金属-基质复合材料(或假-合金)组成，其特征在于(1)一种或多种导热金属，如Cu和/或Ag，和(2)一种或多种难熔金属，如W、Mo和/或Ti。本发明实施例中使用的一种示例性金属-基质复合材料是CuW，可能包括，例如，大约70％至大约80％W，以与各种类型的光束发射器(或其它半导体器件)的CTE匹配。本发明的各种实施例的特征可以在于其它导热金属，如Al和/或Au，和/或其它难熔金属，如Nb、Ta、Re、Zr、Hf、Ru、Os、Ir和/或Rh。

图4A和4B示意性地描述了散热器400，其(至少部分)包括、基本上由或由包含分散导热金属相410(其包括、基本上由或由一种或多种导热金属组成)和分散难熔金属相420(其包括、基本上由或由一种或多种难熔金属组成)组成。(虽然，在一些实施例中，在相410、420之间界面处可能混合存在，通常分散相区域本身将包括、基本上由或由其浓度大于大约75％，大于大约80％，大于大约85％，大于大约90％，大于大约95％，大于大约97％，大于大约99％，或大于大约99.5％的金属组成。)

为了方便散热器400涂布金刚石，散热器400(或其一部分或多个部分)采用一种蚀刻剂蚀刻，清除导热相410(例如，Cu)，同时，在散热器400表面保持难熔相420(如，W)形成的基质完好无损(或基本上无好无损，即部分基质可以被清除，但剩余表面包括、基本上由或由至少75％，至少80％，至少85％，至少90％，至少95％，至少97％或至少99％基质组成，而不是导热相组成)。如图4C所示，蚀刻工艺通常留下表面多孔区430，其包括、基本上由或由难熔相420组成，并且基本上不含导热相410(例如，包含不超过10％、不超过5％，不超过2％，不超过1％，或不超过0.5％导热相410)。在各实施例中，导热相410被蚀刻清除到相当浅的深度(例如，大约1μm至大约10μm，或其间任何深度)，从而避免在散热器400中形成可能影响其导热性的过多孔隙度。清除导热相420和形成多孔区430以后，在散热器400的蚀刻表面上沉积包括、基本上由或由金刚石(或，在一些实施例中，类似金刚石的碳)组成的涂层440，正如图4D所示。

图4E示意性地描述了另一种示例性的散热器400，其可以与电极支架110、115或外壳310，或其它散热器对应，用于从光束发射器移除热量。如图所示，散热器400具有外表面450，可以包括一个或多个内部管道460用于输送液体冷却剂(如水)。虽然图4E描述了作为简单线性管道的管道460，但是，本发明的实施例包括管道和管网，包括复杂特征，如弯管、支管等。根据本发明的实施例，散热器400的一个或多个暴露外表面或内表面(例如，管道内)中的全部或部分表面都被蚀刻，清除散热器材料的一个或多个组分，方便在其上面形成和粘附金刚石涂层。在一个实施例中，散热器400被浸到液体蚀刻剂中，所述液体蚀刻剂优选蚀刻导热相(例如，Cu)，而在散热器400表面保留难熔相(例如，W)形成的基质完好无损。例如，蚀刻剂包括、基本上由或由氯化铁、乙酸和过氧化氢混合物，或盐酸和过氧化氢混合物组成。在不同的实施例中，蚀刻剂可以通过，例如，喷雾施用，而不是将散热器400浸在蚀刻剂中。在不同的实施例中，散热器400仅一个或多个暴露(内和/或外)表面部分可以蚀刻，其它部分可以采用耐施用蚀刻剂的掩蔽材料掩蔽。

如图4F所示，所述蚀刻工艺在散热器400一个或多个蚀刻表面上形成多孔(或“贫化”)区430，正如图4C所示。如上所述，贫化区430，至少在其表面基本上不含散热器400的导电相(例如，Cu)，因此，至少部分贫化区430仅包括、仅基本上由或仅由散热器难熔相(例如，W)组成。在一些实施例中，虽然表面部分(例如，深度0.1μm至1μm)基本上不含导热相，但是，全部或部分贫化区430的剩余部分包含一些导热相，虽然浓度比散热器400未蚀刻整体中存在的浓度要低。在不同的实施例中，这种含量更少的导热相的含量可能甚至在组合物中逐渐变化，其在组合物中的浓度朝散热器400内部方向增加。

蚀刻工艺可以持续足够时间，从而贫化区430的深度，例如，是大约1μm至大约10μm。在不同实施例中，在蚀刻后，贫化区430可以磨掉或粗糙化(例如，通过采用包含、包括、基本上由，或由细磨粉(例如，金刚石、SiC或其它硬材料研磨)组成的试剂研磨，从而增强后面在其上沉积的金刚石薄膜的粘附性。在不同的实施例中，并不采用或需要任何此类研磨步骤。

如图4G所示，在形成贫化区430后，在散热器400上面沉积金刚石涂层440。有利的是，贫化区430内没有导热相(以及，在不同的实施例中，蚀刻表面的多孔结构)促进了散热器400上面金刚石涂层440的形成和粘附。在不同的实施例中，所述金刚石涂层440的厚度，例如，是大约5μm至大约50μm。在不同的实施例中，所述金刚石涂层440的厚度大于大约20μm。在不同的实施例中，所述金刚石涂层440的厚度足够封闭或遮盖金刚石涂层440内可能损害其耐腐蚀性的任何针孔或孔隙。

金刚石涂层440可以采用人们熟悉的方法，无需开展过多的实验沉积。在不同的实施例中，金刚石涂层440采用化学气相沉积法(CVD)沉积，例如，等离子体增强CVD或热丝CVD。在不同的实施例中，金刚石涂层440的沉积温度足够低，以避免散热器400剩余的熔点通常比难熔组分低的其它任何导热组分蒸发或熔化。因此，在不同的实施例中，沉积温度低于大约900℃，例如，大约700℃至大约900℃。金刚石涂层440可以采用包括、基本上由或由氢源(如氢气)和碳源(如甲烷等气体)组成的前体沉积。在采用等离子体增强CVD的实施例中，可以通过，例如，沉积反应器内两个电极之间射频(RF)(交流电(AC))频率或直流电(DC)放电，形成至少其中一个前体的等离子体。沉积金刚石涂层440之后，散热器400可以与光束发射器连接和/或暴露于不流动的和/或流动的液体冷却剂(例如，水)，开展热管理。

图5A和5B示意性地描述了根据本发明实施例基本上完全或部分涂布金刚石涂层的散热器400的其它实例。如图所示，图5A描述了一种散热器400，其利用侧面流动冷却剂以“微通道冷却器”方式冷却置于其上面或其上方的光束发射器105。如图所示，散热器400可能包括、基本上由或由电极支架(或“导体”)500组成，在其上面放置光束发射器105，下面放置导体500，外壳510在其内限定一根或多根管道460，传热流体530从管道460内输送。特别是，传热流体530(可能包括、基本上由或由，例如，水组成)的流动将热从导体500和光束发射器510移除。如此处所述，导体500和/或外壳510的一个或多个表面可以被蚀刻，并在其上沉积一层金刚石涂层440，用于防止暴露于传热流体530导致的侵蚀和/或腐蚀。在不同的实施例中，导体500包括、基本上由或由包含分散导热金属相410(其包括、基本上由或由一种或多种导热金属组成)和分散难熔金属相420(其包括、基本上由或由一种或多种难熔金属组成)组成的金属基质复合材料组成。如图5A所示，导体500的全部或部分表面(例如，暴露于传热流体530的部分)可以被蚀刻，在其上形成金刚石涂层440，然后，导体500可以与外壳510连接或密封到外壳510内(例如，通过钎焊或焊接，或通过密封(例如，一个或多个O形环)压紧)。在其它实施例中，全部或部分外壳510(例如，暴露于传热流体530的部分表面)也可以被蚀刻，并在其上形成金刚石涂层440。

图5B描述了本发明实施例可以使用的一个示例性散热器400，与图5A所述散热器400类似。在图5B中，散热器400的特征在于限定了一根或多根管道460，传热流体530在管道内通过，从而传热流体垂直冲击导体500的下侧。此类散热器的实例参见，例如，2017年6月20日申请的序列号为No.15/627,917的美国专利申请，通过引用，该专利全文纳入本申请中。与图5A所述散热器400一致，在图5B所述散热器400中，导体500和/或外壳510的全部或部分表面可以被蚀刻，并涂布金刚石，在蚀刻和涂层形成之前或之后，导体500可以与外壳510连接或密封到外壳510内(例如，通过钎焊或焊接，或通过密封(例如，一个或多个O形环)压紧)。

在不同的实施例中，散热器400仅一部分或多个部分表面被蚀刻，清除导热相，并在其上沉积金刚石涂层。例如，不希望沉积金刚石涂层的区域可以通过沉积或形成掩蔽材料进行掩蔽，掩蔽材料对于从散热器暴露表面清除导热相的蚀刻剂基本上是不渗透的。因此，掩蔽材料可以包括，基本上由，或由，例如，光刻胶、蜡、绝缘层(如氧化物和/或氮化物层等)组成。在部分散热器选择性蚀刻后，可以清除掩蔽材料(例如，通过蚀刻剂或其它清除剂)。所述掩蔽形成和清除可以采用本领域熟悉的一种方法完成，而无需开展过多的实验。金刚石涂层可以沉积在部分蚀刻的散热器上，金刚石涂层可以仅基本上粘附在散热器的蚀刻部分上。例如，通过机械力(如研磨、抛光等)，随后很容易清除散热器未蚀刻部分上形成的任何涂层。

本发明实施例封装的激光器可以用于WBC激光系统。图6描述了采用封装激光器605的一种示例性WBC激光系统600。封装激光器605可以包括，例如，光束发射器，其放在按照此处详细所述制备的散热器(例如，散热器400)上。例如，封装激光器605可以与封装激光器100或300类似。在图6的实例中，激光器605的特征在于其二极管巴条具有四个发射光束610的光束发射器(参见放大输入图615)，但是，本发明的实施例可以采用发射任何数量单光束的二极管巴条或二维阵列或二极管堆栈或二极管巴条。在图615中，每个光束610以线表示，其中线的长度或更长的维度代表光束的慢发散维度，而高度或更短的维度代表快发散维度。采用准直光学器件620沿快维度校准每个光束610。变换光学器件625，可能包括、基本上由或由一个或多个柱面或球面透镜和/或镜子组成，用于沿WBC方向630组合每个光束610。然后，变换光学器件625将组合光束叠加到色散元件635上(可能包括、基本上由或由，例如，衍射光栅，如反射式或透射式衍射光栅组成)，然后，组合光束以单输出轮廓传播到输出耦合器640上。然后，输出耦合器640传播组合光束645，如输出前视图650所示。输出耦合器640通常是部分反射的，并且作为这种外腔系统600所有激光元件的共同前端面。外腔是其中副镜距离每个激光发射器的发射孔或端面有一段距离的激光系统。在一些实施例中，其它光学器件放在发射孔或端面和输出耦合器或部分反射表面之间。

此处使用的词语和表达作为描述性词语而非限制性词语使用，在使用所述词语和表达时，并不排除所示或所述或其部分特征的任何相当物，但是，应该认识到的是，各种改动可能仍然处于本发明的范围之内。

Claims

1.一种制备散热器的方法，所述方法包括：

提供一散热器，其包括导热金属和难熔金属的金属-基质复合材料；

对所述散热器的至少部分表面进行蚀刻，以在其上形成包括难熔金属及基本上不含导热金属的贫化区；及

在贫化区上沉积包括金刚石的涂层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述导热金属包括Cu或Ag中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述难熔金属包括W、Mo或Ti中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其中(i)所述导热金属包括Cu和(ii)所述难熔金属包括W。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂层采用化学气相沉积法沉积。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述贫化区的厚度范围是大约1μm至大约10μm。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂层的厚度范围是大约5μm至大约20μm。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述散热器的至少部分表面采用包括(i)氯化铁，(ii)乙酸和过氧化氢，或(iii)盐酸和过氧化氢的溶液蚀刻。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述散热器的至少部分表面位于散热器内部管道内。

10.根据权利要求1所述的方法，其中(i)所述散热器包括流体入口和流体出口，和(ii)所述散热器的至少部分表面位于散热器与流体入口和流体出口流体上连接的部分内。

11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将光束发射器与散热器热连接。

12.根据权利要求1所述的方法，其中蚀刻所述散热器表面的第一部分，进一步包括，在蚀刻所述散热器表面的第一部分之前，掩蔽所述散热器表面的第二部分，从而避免将其蚀刻。

13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在沉积涂层之前，将贫化区的至少一部分粗糙化处理。

14.一种制备散热器的方法，所述方法包括：

提供一散热器，其包括导热金属和难熔金属的金属-基质复合材料，所述散热器包含第一浓度的导热金属；

对所述散热器的至少部分表面进行蚀刻，去除其上至少部分导热金属，从而在所述至少部分表面上形成包括难熔金属的贫化区；及

在贫化区上沉积包括金刚石的涂层。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述贫化区包括第二浓度的导热金属，所述第二浓度低于所述第一浓度。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述贫化区中的导热金属的浓度沿远离散热器表面的方向增加。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述贫化区基本上不含导热金属。

18.根据权利要求14所述的方法，其中所述导热金属包括Cu或Ag中的至少一种。

19.根据权利要求14所述的方法，其中所述难熔金属包括W、Mo或Ti中的至少一种。

20.根据权利要求14所述的方法，其中(i)所述导热金属包括Cu和(ii)所述难熔金属包括W。

21.根据权利要求14所述的方法，其中所述涂层采用化学气相沉积法沉积。

22.根据权利要求14所述的方法，其中所述贫化区的厚度范围是大约1μm至大约10μm。

23.根据权利要求14所述的方法，其中所述涂层的厚度范围是大约5μm至大约20μm。

24.根据权利要求14所述的方法，其中所述散热器的至少部分表面采用包括(i)氯化铁，(ii)乙酸和过氧化氢，或(iii)盐酸和过氧化氢的溶液蚀刻。

25.根据权利要求14所述的方法，其中所述散热器的至少部分表面位于散热器内部管道内。

26.根据权利要求14所述的方法，其中(i)所述散热器包括流体入口和流体出口，和(ii)所述散热器的至少部分表面位于散热器与流体入口和流体出口流体上连接的部分内。

27.根据权利要求14所述的方法，进一步包括将光束发射器与散热器热连接。

28.根据权利要求14所述的方法，其中蚀刻所述散热器表面的第一部分，进一步包括，在蚀刻所述散热器表面的第一部分之前，掩蔽所述散热器表面的第二部分，从而避免将其蚀刻。

29.根据权利要求14所述的方法，进一步包括在沉积涂层之前，将贫化区的至少一部分粗糙化处理。

30.一种散热器，包括：

本体，(i)包括导热金属和难熔金属的金属-基质复合材料和(ii)经配置与光束发射器热连接；

贫化区，设置于所述本体的至少部分表面上，贫化区包括难熔金属且基本上不含导热金属；及

包含金刚石的涂层，设置于所述贫化区内和/或其上。

31.根据权利要求30所述的散热器，其中所述导热金属包括Cu或Ag中的至少一种。

32.根据权利要求30所述的散热器，其中所述难熔金属包括W、Mo或Ti中的至少一种。

33.根据权利要求30所述的散热器，其中(i)所述导热金属包括Cu和(ii)所述难熔金属包括W。

34.根据权利要求30所述的散热器，其中所述贫化区的厚度范围是大约1μm至大约10μm。

35.根据权利要求30所述的散热器，其中所述涂层的厚度范围是大约5μm至大约20μm。

36.根据权利要求30所述的散热器，其中所述散热器的本体在其内部限定一管道，且所述贫化区位于散热器内所述管道的至少部分上。

37.根据权利要求30所述的散热器，其中所述散热器的本体在其内限定了流体入口和流体出口，所述贫化区位于散热器本体与流体入口和流体出口流体上连接的部分上。

38.根据权利要求30所述的散热器，进一步包括与所述本体热连接的光束发射器。

39.根据权利要求38所述的散热器，其中所述光束发射器包括经配置发射多种离散光束的二极管巴条。

40.一种波长光束组合激光系统，包括：

光束发射器，其经配置发射多种离散光束；

聚焦光学器件，用于将多个光束至少部分叠加到色散元件上；

色散元件，用于接收和分散接收到的聚焦光束；

部分反射输出耦合器，其位置定位成能够接收分散光束，将部分分散光束作为多波长输出光束传输通过，并将第二部分分散光束反射回到色散元件；及

散热器，与光束发射器热连接，

其中所述散热器包括：(i)本体，包括导热金属和难熔金属的金属-基质复合材料，(ii)贫化区，设置于所述本体至少部分表面上，贫化区包括难熔金属且基本上不含导热金属；及

(iii)包含金刚石的涂层，设置于所述贫化区内和/或上面。

41.根据权利要求40所述的激光系统，其中所述色散元件包括衍射光栅。

42.根据权利要求40所述的激光系统，其中所述导热金属包括Cu或Ag中的至少一种。

43.根据权利要求40所述的激光系统，其中所述难熔金属包括W、Mo或Ti中的至少一种。

44.根据权利要求40所述的激光系统，其中(i)所述导热金属包括Cu和(ii)所述难熔金属包括W。

45.根据权利要求40所述的激光系统，其中所述贫化区的厚度范围是大约1μm至大约10μm。

46.根据权利要求40所述的激光系统，其中所述涂层的厚度范围是大约5μm至大约20μm。

47.根据权利要求40所述的激光系统，其中所述散热器的本体在其内部限定一管道，且所述贫化区位于散热器内所述管道的至少部分上。

48.根据权利要求40所述的激光系统，其中所述散热器的本体在其内限定了流体入口和流体出口，所述贫化区位于散热器本体与流体入口和流体出口流体上连接的部分上。

49.一种散热器，包括：

本体，(i)包括导热金属和难熔金属的金属-基质复合材料和(ii)经配置与光束发射器热连接，所述本体包含第一浓度的导热金属；

贫化区，设置于所述本体的至少部分表面上，包括难熔金属；及

包含金刚石的涂层，设置于所述贫化区内和/或上面。

50.根据权利要求49所述的散热器，其中所述贫化区包括第二浓度的导热金属，所述第二浓度低于所述第一浓度。

51.根据权利要求50所述的散热器，其中所述贫化区中的导热金属的浓度沿远离本体表面的方向增加。

52.根据权利要求49所述的散热器，其中所述贫化区基本上不含导热金属。

53.根据权利要求49所述的散热器，其中所述导热金属包括Cu或Ag中的至少一种。

54.根据权利要求49所述的散热器，其中所述难熔金属包括W、Mo或Ti中的至少一种。

55.根据权利要求49所述的散热器，其中(i)所述导热金属包括Cu和(ii)所述难熔金属包括W。

56.根据权利要求49所述的散热器，其中所述贫化区的厚度范围是大约1μm至大约10μm。

57.根据权利要求49所述的散热器，其中所述涂层的厚度范围是大约5μm至大约20μm。

58.根据权利要求49所述的散热器，其中所述散热器的本体在其内部限定一管道，且所述贫化区位于散热器内所述管道的至少部分上。

59.根据权利要求49所述的散热器，其中所述散热器的本体在其内限定了流体入口和流体出口，所述贫化区位于散热器本体与流体入口和流体出口流体上连接的部分上。

60.根据权利要求49所述的散热器，进一步包括与所述本体热连接的光束发射器。

61.根据权利要求60所述的散热器，其中所述光束发射器包括经配置发射多种离散光束的二极管巴条。

62.一种波长光束组合激光系统，包括：

光束发射器，经配置发射多种离散光束；

色散元件，用于接收和分散接收到的聚焦光束；

部分反射输出耦合器，其位置定位成能够接收分散的光束，将部分分散光束作为多波长输出光束传输通过，并将第二部分分散光束反射回到色散元件；及

散热器，与光束发射器热连接，

其中所述散热器包括：(a)本体，(i)包括导热金属和难熔金属的金属-基质复合材料和(ii)包含第一浓度的导热金属，(b)贫化区，设置于所述本体至少部分表面上，包括难熔金属；及(c)包含金刚石的涂层，设置于所述贫化区内和/或上面。

63.根据权利要求62所述的激光系统，其中所述色散元件包括衍射光栅。

64.根据权利要求62所述的激光系统，其中所述贫化区包括第二浓度的导热金属，所述第二浓度低于所述第一浓度。

65.根据权利要求64所述的激光系统，其中所述贫化区中的导热金属的浓度沿远离本体表面的方向增加。

66.根据权利要求62所述的激光系统，其中所述贫化区基本上不含导热金属。

67.根据权利要求62所述的激光系统，其中所述导热金属包括Cu或Ag中的至少一种。

68.根据权利要求62所述的激光系统，其中所述难熔金属包括W、Mo或Ti中的至少一种。

69.根据权利要求62所述的激光系统，其中(i)所述导热金属包括Cu和(ii)所述难熔金属包括W。

70.根据权利要求62所述的激光系统，其中所述贫化区的厚度范围是大约1μm至大约10μm。

71.根据权利要求62所述的激光系统，其中所述涂层的厚度范围是大约5μm至大约20μm。

72.根据权利要求62所述的激光系统，其中所述散热器的本体在其内部限定一管道，且所述贫化区位于散热器内所述管道的至少部分上。

73.根据权利要求62所述的激光系统，其中所述散热器的本体在其内限定了流体入口和流体出口，所述贫化区位于散热器本体与流体入口和流体出口流体上连接的部分上。