利用碳纳米管的高功率激光封装的制作方法

本申请要求于2016年8月30日提交的美国临时专利申请no.62/381,089的权益和优先权，其全部公开内容通过引用包含于此。

在各种实施例中，本发明涉及利用碳纳米管封装的高功率激光系统。

背景技术：

高功率激光系统用于许多不同的应用，诸如焊接、切割、钻孔和材料加工。这种激光系统通常包括激光发射器，来自其的激光耦合到光纤(或简称为“光纤”)；以及将来自光纤的激光聚焦到待加工的工件上的光学系统。波长光束组合(wbc)是一种用于缩放来自激光二极管、激光二极管线阵、二极管线阵的堆叠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的技术。已经开发了wbc方法以沿着发射器阵列的一个或两个维度组合光束。典型的wbc系统包括多个发射器，诸如一个或多个二极管线阵，其使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单独地谐振，并且通过来自公共部分反射输出耦合器的波长特定反馈来稳定，所述系统在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中详细描述，每个专利的全部公开内容通过引用包含于此。

虽然诸如wbc的技术成功地生产用于各种应用的基于激光的系统，但这样的系统的较广泛采用导致了对较高水平的激光输出功率的需求。通常，较高的激光功率涉及以越来越高的电流驱动激光二极管，这导致较高的操作温度和目的在于防止基于温度的可靠性问题的伴随的热管理问题。高功率激光器通常使用具有一个或多个散热器或用于散热的其它热管理结构的激光发射器，并且这些结构通常经由焊料或其它柔软的可延展化合物耦合到发射器，即使在由热循环引起的部件之间的相对运动的情况下，该化合物也保持发射器和散热器之间的热接触。

虽然这种基于焊料的解决方案减轻了在高功率激光器操作期间由热循环引起的一些可靠性问题，但是焊料的使用还可能引入其它可靠性问题，诸如焊料蠕变。而且，许多传统的焊料可能缺乏使热量远离在高电流水平下操作的高功率激光装置充分传导所需的导热率。因此，需要用于高功率激光装置(例如，激光二极管和/或二极管线阵)的封装方案，其与现有的散热器和其它安装硬件兼容并且还提供来自激光装置的改进的热传导。

技术实现要素：

根据本发明的实施例，激光束发射器经由热粘合材料附接到一个或多个散热器或其它热管理结构，所述热粘合材料包括一种或多种金属和碳纳米管阵列的复合物，基本上由其组成，或由其组成。复合物可以是层状的，例如，金属可以设置在一层、两层或其间排列有碳纳米管层的更多层中。在其它实施例中，复合物可以是其中一种或多种金属形成基质的混合物，在该基质中嵌入碳纳米管阵列。其它实施例仍然是层状结构，如上所述，其中一个或多个层是一种或多种金属和碳纳米管阵列的混合物。可以是单壁或多壁的碳纳米管具有2000-6000w·m^-1·k^-1的导热率，优于金刚石的导热率。在本发明的实施例中，例如在纳米管阵列的顶表面或底表面上，碳纳米管与金属组合，以促进发射器和高导热碳纳米管之间的热接触(以及在各种实施例中，电接触)。例如，金属可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：铟(in)、锡(sn)、金(au)、ausn和/或insn，和或包括具有或不具有一种或多种其它金属的这些金属中的一种或多种金属的混合物或化合物。金属在室温下可以是可流动的和/或可变形的，以促进发射器与柔性较小且更脆的碳纳米管之间的接触。金属/纳米管复合物可用于补充或替代发射器和散热器或其它热管理结构之间的传统焊接材料。

根据本发明实施例的激光装置可用于wbc系统中以形成高亮度、低光束参数乘积(bpp)激光系统。bpp是激光束的发散角(半角)和光束在其最窄点处的半径(即光束腰，最小光斑尺寸)的乘积。bpp量化激光束的质量和它可多么好地聚焦到小光斑，且通常以毫米-毫弧度(mm-mrad)的单位表示。高斯光束具有由激光的波长除以π给出的最低可能的bpp。实际光束的bpp与在同一波长处的理想高斯光束的bpp之比被表示为m²或“光束质量因子”，其为光束质量的波长无关的度量，“最佳”质量对应于1的“最低”光束质量因子。

根据本发明实施例的热粘合材料可以在激光封装结构中“密封”到位，以便防止热粘合材料的蠕变或其它移动，如在2016年1月26日提交的美国专利申请序列no.15/006,733中所述，其全部公开内容通过引用包含于此。例如，激光装置的多种部件之间的热粘合层和材料(例如，光束发射器本身和/或诸如电极支架和壳体的散热部件)可以用不受热粘合材料通过其的传播影响的材料(例如，一种或多种金属)密封；因此，基本上防止了热粘合材料从部件之间的蠕变。密封可以通过例如诸如覆镀或无电沉积的沉积技术来完成。在热粘合材料设置在光束发射器和一个或多个电极支架之间的本发明实施例中，可以在光束发射器经由热粘合材料固定到电极支架之前或之后执行密封。不需要密封材料的激光装置的部分(例如，发射光束的光束发射器的部分)可以经由例如掩蔽或选择性地施加防止其上的沉积的抑制剂材料来防止密封材料的沉积。在其它实施例中，激光装置的这些部分最初可以用密封材料涂覆，并且密封材料可以稍后经由例如蚀刻和/或机械加工来移除。

本发明的实施例利用基于碳纳米管的热粘合材料，其具有嵌入在其它更柔软更可流动的热粘合层内的相对刚性的结构(例如，基于一种或多种金属，诸如in、sn、au或其合金或混合物或与一种或多种其它金属的合金或混合物的热粘合层)。例如，以如本文详述的碳纳米管阵列为特征的复合热粘合材料的部分可以被分散(例如，以随机图案或以规则图案，诸如互锁线的“网格”或隔离柱的图案)在不包括碳纳米管的较软热粘合材料的基质内。在这种实施例中，包括碳纳米管的分散相可以用于抑制或基本上防止另一相(即，不包括碳纳米管的部分)的蠕变或其它移动。本发明的实施例可替代地或另外地利用于2016年1月26日提交的美国专利申请序列no.15/006,693中公开的结构和技术，其全部公开内容通过引用包含于此。

根据本发明的实施例，激光装置也可以经由包含用于驱动光束发射器的高导热和导电电极以及与电极电隔离的导热支架(其可以被液体冷却)的封装进行热管理。具体地，电极可以包括铜，基本上由铜组成，或由铜组成，并且电连接到光束发射器的阳极和阴极。支架可以包括例如铝，基本上由其组成，或者由其组成，并且可以在支架和面向支架的电极之间包含电绝缘层。例如，电绝缘层可以包括氧化铝和/或氮化铝层，基本上由其组成，或者由其组成，所述氧化铝和/或氮化铝层提供通过其的导热率但延迟或基本上防止通过其的电传导。氮化铝有利地具有高导热率但是低导电率。如在本文所利用的，具有高导热率的材料或“导热材料”具有至少100瓦每米每开尔文(w·m^-1·k^-1)、至少170w·m^-1·k^-1或甚至至少300w·m^-1·k^-1的导热率。如在本文所利用的，具有高导电率的材料或“导电材料”具有例如在20℃下的至少1×10⁵西门子每米(s/m)、至少1×10⁶s/m或甚至至少1×10⁷s/m的导电率。如在本文所利用的，具有高电阻率的材料或“电绝缘材料”具有至少1×10⁸欧姆·米(ω·m)、至少1×10¹⁰ω·m或甚至至少1×10¹²ω·m的电阻率。

可在wbc系统中利用根据本发明的实施例的激光装置以形成高亮度、低光束参数乘积(bpp)激光系统。bpp是激光束的发散角(半角)和光束在它的最窄点处的半径(即光束腰、最小光斑尺寸)的乘积。bpp量化激光束的质量和它可多么好地聚焦到小光斑，且通常以毫米-毫弧度(mm-mrad)的单位表示。高斯光束具有由激光的波长除以π给出的最低可能的bpp。实际光束的bpp与在同一波长处的理想高斯光束的bpp之比被表示为m²或“光束质量因子”，其为光束质量的波长无关的度量，“最佳”质量对应于1的“最低”光束质量因子。

如本领域中的技术人员已知的，激光器通常被定义为通过光的受激发射来生成可见或不可见光的装置。激光器通常具有使它们在如上面所提到的各种应用中变得有用的特性。常见的激光器类型包括半导体激光器、固态激光器、光纤激光器和气体激光器。半导体激光器(主要是激光二极管)可以电或光泵浦，并且经常以不良光束质量为代价通常有效地生成非常高的输出功率。半导体激光器可以产生具有良好空间特性的低功率，以应用于例如光盘播放器。其它半导体激光器可适用于产生高脉冲速率的低功率脉冲(例如，用于电信应用)。特殊类型的半导体激光器包括量子级联激光器(用于中红外光)和表面发射半导体激光器(vcsel和vecsel)，后者也适用于具有高功率的脉冲发生。

固态激光器可以基于离子掺杂的晶体或玻璃(例如，掺杂的绝缘体激光器)，并且可以用放电灯或激光二极管泵浦以生成高输出功率。可替代地，固态激光器可以产生具有非常高的光束质量、光谱纯度和/或稳定性的低功率输出(例如，用于测量目的)。一些固态激光器可产生具有皮秒或飞秒持续时间的超短脉冲。与固态激光器一起使用的常见增益介质包括：nd:yag、nd:yvo4、nd:ylf、nd:玻璃、yb:yag、yb:玻璃、ti:蓝宝石、cr:yag以及cr:lisaf。

光纤激光器可以基于光学玻璃纤维，该光学玻璃纤维在纤维芯中掺杂有一些激光活性离子。光纤激光器可以实现具有高光束质量的极高输出功率(至多千瓦)。光纤激光器也可以支持窄线宽操作等。包括氦-氖激光器、co2激光器、氩离子激光器等的气体激光器可以基于通常用放电激发的气体。经常使用的气体包括co2、氩气、氪气和气体混合物，诸如氦-氖。此外，准分子激光器可以基于arf、krf、xef和f2中的任何一种。其它不太常见的激光器类型包括化学和核泵浦激光器、自由电子激光器和x射线激光器。

诸如在以下一般描述中描述的激光二极管的激光二极管可以与本文描述的创新的实施例结合使用。激光二极管通常基于支持光子(光)的发射的简单二极管结构。然而，为了提高效率、功率、光束质量、亮度、可调谐性等，该简单的结构通常被修改以提供各种很多实际类型的激光二极管。激光二极管类型包括以具有高光束质量的光束生成从几毫瓦一直到大致半瓦的输出功率的小边缘发射种类。二极管激光器的结构类型包括：双异质结构激光器，其包括夹在两个高带隙层之间的一层低带隙材料；量子阱激光器，其包括导致激光的能量的高效率和量子化的非常薄的中间层(量子阱层)；多量子阱激光器，其包括提高增益特性的多于一个量子阱层；量子线或量子海(点)激光器用产生较高效率量子阱激光器的线或点代替中间层；量子级联激光器，其实现在可通过改变量子层的厚度来调谐的相对长的波长处的激光作用；独立约束异质结构激光器，其是最常见的商用激光二极管并包括在量子阱层之上和之下的另外两层以有效地限制所产生的光；分布式反馈激光器，其通常在要求高的光通信应用中被使用并包括便于通过将单个波长反射回到增益区来在制造期间生成稳定波长集合的集成衍射光栅；垂直腔表面发射激光器(vcsel)，其具有与其它激光二极管不同的结构，因为光从它的表面而不是从它的边缘被发射；以及垂直外腔表面发射激光器(vecsel)和外腔二极管激光器，其是主要使用双异质结构二极管并包括光栅或多棱镜光栅配置的可调谐激光器。外腔二极管激光器常常是波长可调谐的并展示小发射线宽。激光二极管类型还包括各种高功率的基于二极管的激光器，包括：广域激光器，其特征在于具有长方形输出小面的多模二极管并通常具有差光束质量但生成几瓦的功率；锥形激光器，其特征在于当与广域激光器比较时展示提高的光束质量和亮度的具有锥形输出小面的像散模二极管；脊波导激光器，其特征在于具有卵形输出小面的椭圆模式二极管；以及平板耦合光波导激光器(scowl)，其特征在于具有输出小面的循环模式二极管并可以以具有几乎圆形剖面的衍射限制光束生成瓦级输出。

激光二极管阵列、线阵和/或堆叠(诸如以下一般描述中描述的那些)可以与本文描述的创新的实施例结合使用。激光二极管可以单独或成组封装，通常以一维行/阵列(二极管线阵)或二维阵列(二极管线阵堆叠)封装。二极管阵列堆叠通常是二极管线阵的垂直堆叠。激光二极管线阵或阵列通常比等效的单个宽区域二极管实现基本上更高的功率和成本效率。高功率二极管线阵通常包含广域发射器的阵列，生成数十瓦的相对较差的光束质量；尽管功率较高，但亮度通常低于广域激光二极管的亮度。可以堆叠高功率二极管线阵以产生高功率堆叠二极管线阵，用于生成数百或数千瓦的极高功率。激光二极管阵列可以被配置为将光束发射到自由空间或光纤中。光纤耦合二极管激光器阵列可以方便地用作光纤激光器和光纤放大器的泵浦源。

二极管激光器线阵是包含广域发射器的一维阵列或可替换地包含包括例如10-20个窄条纹发射器的子阵列的一种类型的半导体激光器。广域二极管线阵通常包含例如19-49个发射器，每个发射器具有例如1μm×100μm的量级的尺寸。沿着1μm维度或快轴的光束质量通常是衍射限制的。沿着100μm维度或慢轴或阵列维度的光束质量通常是多次衍射限制的。通常，用于商业应用的二极管线阵具有1到4mm的量级的激光谐振器长度，且是大约10mm宽，并生成数十瓦的输出功率。大部分二极管线阵在从780到1070nm的波长区域中操作，808nm(对于泵浦钕激光器)和940nm(对于泵浦yb:yag)的波长是最显著的。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。

通常被寻址的二极管线阵的特性是输出空间光束轮廓。对于大多数应用，需要光束调节光学器件。因此，通常需要做出重大努力来调节二极管线阵或二极管堆叠的输出。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光束腰的光束，可以应用特殊的光束整形器，用于每个二极管线阵或阵列的光束质量的对称化。二极管线阵的劣化特性是“微笑”-所连接发射器的平面性质的轻微弯曲。微笑误差可能对聚焦来自二极管线阵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微笑。这对聚焦的能力具有不利影响。在堆叠中，每个线阵的“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线阵的结果。1μm的偏移与具有1μm的微笑的整个阵列相同。

二极管线阵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。利用相邻发射器的一定程度的相干耦合的技术可以产生更优的光束质量。这些技术可以被包括在二极管线阵的制造中，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线阵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。

除了原始线阵或阵列产品外，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线阵，使得二极管的冷却发生在距离使用光的地方一定距离处。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成形器以更好地保持亮度，光耦合到单个多模光纤中。还可以将小光束从发射器发射到光纤束中(每个发射器具有一个光纤)。二极管线阵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是重要的。

二极管堆叠简单地是多个二极管线阵的布置，其可以输送非常高的输出功率。也称为二极管激光器堆叠、多线阵模块或二维激光器阵列，最常见的二极管堆叠布置是垂直堆叠的布置，其实际上是边缘发射器的二维阵列。可以通过将二极管线阵附接到薄的散热器并堆叠这些组件来制造这种堆叠，以便获得二极管线阵和散热器的周期性阵列。还存在水平二极管堆叠和二维堆叠。对于高光束质量，二极管线阵通常应尽可能彼此靠近。另一方面，有效的冷却需要安装在线阵之间的一些最小厚度的散热器。二极管线阵间距的这种折衷导致二极管堆叠在垂直方向上的光束质量(以及随后其亮度)远低于单个二极管线阵的光束质量。然而，存在用于显著减轻该问题的若干技术，例如，通过不同二极管堆叠的输出的空间交织，通过极化耦合或通过波长复用。已经为这种目的开发了各种类型的高功率光束成形器和相关装置。二极管堆叠可以提供极高的输出功率(例如，数百或数千瓦)。

本发明的实施例将一个或多个输入激光束耦合到光纤中。在各种实施例中，光纤具有围绕单个纤芯的多个包覆层、在单个包覆层内的多个分立纤芯区(或“纤芯”)或由多个包覆层围绕的多个纤芯。

在本文，“光学元件”可以指重定向、反射、弯曲或以任何其它方式光学地操纵电磁辐射的透镜、反射镜、棱镜、光栅等中的任一个。在本文，光束发射器、发射器或激光发射器或激光器包括生成电磁光束但可以是或可以不是自谐振的任何电磁光束生成装置，例如半导体元件。这些还包括光纤激光器、圆盘激光器、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和前反射表面。光学增益介质增加电磁辐射的增益，该电磁辐射不限于电磁频谱的任何特定部分，而可以是可见光、红外光和/或紫外光。发射器可包括被配置成发射多个光束的多个光束发射器，例如二极管线阵，或基本上由其组成。在本文的实施例中接收的输入光束可以是使用本领域中已知的各种技术组合的单波长或多波长光束。此外，在本文对“激光器”、“激光发射器”或“光束发射器”的引用不仅包括单二极管激光器，而且包括二极管线阵、激光器阵列、二极管线阵阵列以及单个垂直腔表面发射激光器(vcsel)或vcsel的阵列。

在一个方面，本发明的实施例的特征在于一种激光设备，其包括，基本上由如下组成，或由如下组成：具有第一和第二相对表面的光束发射器、设置在光束发射器的第一表面下方的第一电极支架、以及设置在光束发射器和第一电极支架之间的热粘合层。热粘合层改善了光束发射器和第一电极支架之间的热传导。热粘合层包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)碳纳米管阵列，(ii)设置在碳纳米管阵列和光束发射器之间的第一金属粘合材料，以及(iii)设置在碳纳米管阵列和第一电极支架之间的第二金属粘合材料。

本发明的实施例可以以各种组合中的任何一种包括以下中的一个或多个。第一金属粘合材料和/或第二金属粘合材料(和/或本文所讨论的任何金属粘合材料)可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。碳纳米管阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管可以基本上垂直于光束发射器的第一表面和/或第一电极支架的表面(例如，面向光束发射器的表面)排列。光束发射器可以包括发射多个离散光束的二极管线阵，基本上由其组成，或由其组成。

激光设备可包括第二电极支架，其(i)设置在光束发射器的第二表面上并与第二表面热接触，以及(ii)除了通过光束发射器的任何导电路径之外，与第一电极支架电绝缘。激光设备可包括设置在光束发射器和第二电极支架之间的第二热粘合层。第二热粘合层可以改善光束发射器和第二电极支架之间的热传导。第二热粘合层可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)第二碳纳米管阵列，(ii)设置在碳纳米管阵列和光束发射器之间的第三金属粘合材料，以及(iii)设置在碳纳米管阵列和第二电极支架之间的第四金属粘合材料。第三金属粘合材料和/或第四金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。第二碳纳米管阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管可以基本上垂直于光束发射器的第二表面和/或第二电极支架的表面(例如，面向光束发射器的表面)排列。第一、第二、第三或第四金属粘合材料(和/或本文公开的任何金属粘合材料)中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料不同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第一、第二、第三或第四金属粘合材料(和/或本文公开的任何金属粘合材料)中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。

密封材料可以沿着热粘合层的侧表面设置。密封材料可以防止或阻止热粘合层从光束发射器和电极支架之间移动。密封材料可包括一种或多种导电和/或导热材料，基本上由其组成，或由其组成。密封材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：铜、铝、镍和/或铬。热粘合层的顶表面可以接触光束发射器。热粘合层的底表面可以接触第一电极支架。激光设备可包括设置在横跨顶表面和底表面的热粘合层的侧表面的至少一部分上和/或周围的第三金属粘合材料。第三金属粘合材料可包括与第一和/或第二金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第三金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。激光设备可包括设置在碳纳米管阵列内的第三金属粘合材料。第三金属粘合材料可以围绕阵列内的至少一些(或甚至全部或基本上全部)碳纳米管。第三金属粘合材料可包括与第一和/或第二金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第三金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。

在另一方面，本发明的实施例的特征在于一种激光设备，其包括，基本上由如下组成，或由如下组成：具有第一和第二相对表面的光束发射器、设置在光束发射器的第一表面下方的第一电极支架、以及设置在光束发射器和第一电极支架之间的热粘合层。热粘合层改善了光束发射器和第一电极支架之间的热传导。热粘合层包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)碳纳米管阵列，以及(ii)设置在碳纳米管阵列内的第一金属粘合材料，以便围绕阵列内的至少一些碳纳米管。

本发明的实施例可以以各种组合中的任何一种包括以下中的一个或多个。第一金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。碳纳米管阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管可以基本上垂直于光束发射器的第一表面和/或第一电极支架的表面(例如，面向光束发射器的表面)排列。光束发射器可以包括发射多个离散光束的二极管线阵，基本上由其组成，或者由其组成。

激光设备可包括设置在热粘合层和光束发射器之间的第二金属粘合材料。第二金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。第二金属粘合材料可包括与第一金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。

激光设备可包括设置在热粘合层和第一电极支架之间的第二金属粘合材料。第二金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。第二金属粘合材料可包括与第一金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。

激光设备可包括第二电极支架，其(i)设置在光束发射器的第二表面上并与第二表面热接触，以及(ii)除了通过光束发射器的任何导电路径之外，与第一电极支架电绝缘。激光设备可包括设置在光束发射器和第二电极支架之间的第二热粘合层。第二热粘合层可以改善光束发射器和第二电极支架之间的热传导。第二热粘合层可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)碳纳米管阵列，以及(ii)设置在碳纳米管阵列内的第二金属粘合材料，以便围绕阵列内的至少一些碳纳米管。第二金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。第二碳纳米管阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管可以基本上垂直于光束发射器的第二表面和/或第二电极支架的表面(例如，面向光束发射器的表面)排列。第二金属粘合材料可包括与第一金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第三金属粘合材料可以设置在第二热粘合层和光束发射器之间。第三金属粘合材料可包括,基本上由如下组成，或由如下组成：in，sn，au，cu，al，ag，zn，pb，ausn和/或insn。第二金属粘合材料可包括与第三金属粘合材料和/或第一金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第三金属粘合材料可以设置在第二热粘合层和第二电极支架之间。第三金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。第二金属粘合材料可包括与第三金属粘合材料和/或第一金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。

密封材料可以沿着热粘合层的侧表面设置。密封材料可以防止或阻止热粘合层从光束发射器和电极支架之间移动。密封材料可包括一种或多种导电和/或导热材料，基本上由其组成，或由其组成。密封材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：铜、铝、镍和/或铬。热粘合层的顶表面可以接触光束发射器。热粘合层的底表面可以接触第一电极支架。激光设备可包括设置在横跨顶表面和底表面的热粘合层的侧表面的至少一部分上和/或周围的第二金属粘合材料。第二金属粘合材料可包括与第一金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第二金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。

在另一方面，本发明的实施例的特征在于一种激光设备，其包括，基本上由如下组成，或由如下组成：具有第一和第二相对表面的光束发射器、设置在光束发射器的第一表面下方的第一电极支架、以及设置在光束发射器和第一电极支架之间的热粘合层。热粘合层改善了光束发射器和第一电极支架之间的热传导。热粘合层包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)热粘合剂的多个离散的间隔开的区域，以及(ii)第一热粘合材料，其在热粘合剂的区域周围设置，以便围绕热粘合剂的至少一些区域。热粘合剂中的一个或多个或甚至每个区域包括碳纳米管阵列，基本上由其组成，或由其组成。第一热粘合材料基本上不含或不含碳纳米管。

本发明的实施例可以以各种组合中的任何一种包括以下中的一个或多个。热粘合剂的一个或多个或甚至每个区域可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)碳纳米管阵列，(ii)设置在碳纳米管阵列和光束发射器之间的第二金属粘合材料，以及(iii)设置在碳纳米管阵列和第一电极支架之间的第三金属粘合材料。第二金属粘合材料和/或第三金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。每个碳纳米管阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管可以基本上垂直于光束发射器的第一表面和/或电极支架的表面(例如，面向光束发射器的表面)排列。第一、第二或第三金属粘合材料中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料不同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第一、第二或第三金属粘合材料中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。

热粘合剂的一个或多个或甚至每个区域可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)碳纳米管阵列，以及(ii)设置在碳纳米管阵列内的第二金属粘合材料，以便围绕阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管。第二金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。每个碳纳米管阵列中的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管可以基本上垂直于光束发射器的第一表面和/或电极支架的表面(例如，面向光束发射器的表面)排列。第二金属粘合材料可包括与第一金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。光束发射器可以包括发射多个离散光束的二极管线阵，基本上由其组成，或由其组成。

密封材料可以沿着热粘合层的侧表面设置。密封材料可以防止或阻止热粘合层从光束发射器和电极支架之间移动。密封材料可包括一种或多种导电和/或导热材料，基本上由其组成，或由其组成。密封材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：铜、铝、镍和/或铬。

激光设备可包括第二电极支架，其(i)设置在光束发射器的第二表面上并与第二表面热接触，并且(ii)除了通过光束发射器的任何导电路径之外，与第一电极支架电绝缘。激光设备可包括设置在光束发射器和第二电极支架之间的第二热粘合层。第二热粘合层可以改善光束发射器和第二电极支架之间的热传导。第二热粘合层可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)第二热粘合剂的多个离散的间隔开的区域，以及(ii)第二热粘合材料，其在第二热粘合剂的区域周围设置，以便围绕第二热粘合剂的至少一些区域。第二热粘合剂的一个或多个或甚至每个区域可包括碳纳米管阵列，基本上由其组成，或由其组成。第二热粘合材料可以基本上不含或不含碳纳米管。

第二热粘合剂的一个或多个或甚至每个区域可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)碳纳米管阵列，(ii)设置在碳纳米管阵列和光束发射器之间的第三金属粘合材料，以及(iii)设置在碳纳米管阵列和第二电极支架之间的第四金属粘合材料。第三金属粘合材料和/或第四金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。每个碳纳米管阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管可以基本上垂直于光束发射器的第二表面和/或第二电极支架的表面(例如，面向光束发射器的表面)排列。第一、第二、第三或第四金属粘合材料中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料不同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第一、第二、第三或第四金属粘合材料中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。

第二热粘合剂的一个或多个或甚至每个区域可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)碳纳米管阵列，以及(ii)设置在碳纳米管阵列内的第三金属粘合材料，以便围绕阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管。第三金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。每个碳纳米管阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管可以基本上垂直于光束发射器的第二表面和/或第二电极支架的表面(例如，面向光束发射器的表面)排列。第一、第二或第三金属粘合材料中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料不同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第一、第二或第三金属粘合材料中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。

在另一方面，本发明的实施例的特征在于一种形成热粘合层的方法。在基板上生长碳纳米管阵列。在碳纳米管阵列生长之前，可以在基板上形成催化剂(例如，多个催化剂颗粒)，并且碳纳米管阵列可以从催化剂(例如，从多个颗粒)成核。第一热粘合材料沉积在碳纳米管阵列的顶表面上，并且第二热粘合材料沉积在碳纳米管阵列的底表面上。阵列中的至少一些碳纳米管可以从底表面延伸到顶表面。

本发明的实施例可以以各种组合中的任何一种包括以下中的一个或多个。第一热粘合材料可以沉积在碳纳米管阵列的顶表面上，同时碳纳米管阵列保持设置在基板上。可在沉积第二热粘合材料之前移除基板。可以在沉积第一热粘合材料和第二热粘合材料之前移除基板。催化剂(例如催化剂颗粒)可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：镍、铁和/或钴。基板可以包括，基本上由如下组成，或由如下组成：半导体基板(例如，硅、gaas、inp等)、玻璃、蓝宝石、sic或金属。可以通过化学气相沉积来生长碳纳米管阵列。可以在碳纳米管阵列的生长期间施加电场。至少一些碳纳米管的生长可以在基本上平行于电场方向的方向上进行。可以通过物理气相沉积、喷射沉积、丝网印刷和/或覆镀来沉积第一热粘合材料和/或第二热粘合材料。

第三热粘合材料可以沉积在横跨顶表面和底表面的碳纳米管阵列的至少一个侧表面的至少一部分上。第一、第二或第三金属粘合材料中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料不同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第一、第二或第三金属粘合材料中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。可以在沉积第二热粘合材料之后压制热粘合层，从而减小热粘合层的厚度。可以在光束发射器和电极支架之间压制热粘合层。热粘合层可以设置在光束发射器和电极支架之间，从而改善光束发射器和电极支架之间的热传导。密封材料可以设置在热粘合层的侧表面周围。密封材料可以防止或阻止热粘合层从光束发射器和电极支架之间移动。密封材料可包括一种或多种导电和/或导热材料，基本上由其组成，或由其组成。密封材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：铜、铝、镍和/或铬。

在另一方面，本发明的实施例的特征在于一种波长光束组合激光系统，其包括，基本上由如下组成，或由如下组成：光束发射器、聚焦光学器件、色散元件、部分反射输出耦合器、第一电极支架以及热粘合层。光束发射器发射多个离散光束(例如，激光束)并具有第一和第二相对表面。每个光束可以具有不同的波长。聚焦光学器件将多个光束聚焦到色散元件上。色散元件接收并色散(即，波长色散)所接收的聚焦光束。部分反射输出耦合器被定位成接收色散光束，通过其发送色散光束的一部分作为多波长输出光束，并将色散光束的第二部分反射回色散元件以及光束发射器。第一电极支架设置在光束发射器的第一表面附近(例如，下方或上方)。热粘合层设置在光束发射器和第一电极支架之间。热粘合层改善了光束发射器和第一电极支架之间的热传导。热粘合层包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)碳纳米管阵列，(ii)设置在碳纳米管阵列和光束发射器之间的第一金属粘合材料，以及(iii)设置在碳纳米管阵列和第一电极支架之间的第二金属粘合材料。

本发明的实施例可以以各种组合中的任何一种包括以下中的一个或多个。色散元件可包括衍射光栅(例如，反射光栅或透射光栅)，基本上由其组成，或由其组成。第一金属粘合材料和/或第二金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。碳纳米管阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管可以基本上垂直于光束发射器的第一表面和/或第一电极支架的表面(例如，面向光束发射器的表面)排列。

激光系统可以包括第二电极支架，其(i)设置在光束发射器的第二表面上并与第二表面热接触，以及(ii)除了通过光束发射器的任何导电路径之外，与第一电极支架电绝缘。激光系统可包括设置在光束发射器和第二电极支架之间的第二热粘合层。第二热粘合层可以改善光束发射器和第二电极支架之间的热传导。第二热粘合层可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)第二碳纳米管阵列，(ii)设置在碳纳米管阵列和光束发射器之间的第三金属粘合材料，以及(iii)设置在碳纳米管阵列和第二电极支架之间的第四金属粘合材料。第三金属粘合材料和/或第四金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。第二碳纳米管阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管可以基本上垂直于光束发射器的第二表面和/或第二电极支架的表面(例如，面向光束发射器的表面)排列。第一、第二、第三或第四金属粘合材料(和/或本文公开的任何金属粘合材料)中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料不同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第一、第二、第三或第四金属粘合材料(和/或本文公开的任何金属粘合材料)中的任何一种可包括与任何其它金属粘合材料的材料相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。

密封材料可以沿着热粘合层的侧表面设置。密封材料可以防止或阻止热粘合层从光束发射器和电极支架之间移动。密封材料可包括一种或多种导电和/或导热材料，基本上由其组成，或由其组成。密封材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：铜、铝、镍和/或铬。热粘合层的顶表面可以接触光束发射器。热粘合层的底表面可以接触第一电极支架。激光系统可包括设置在横跨顶表面和底表面的热粘合层的侧表面的至少一部分上和/或周围的第三金属粘合材料。第三金属粘合材料可包括与第一和/或第二金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第三金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。激光系统可包括设置在碳纳米管阵列内的第三金属粘合材料。第三金属粘合材料可以围绕阵列内的至少一些(或甚至全部或基本上全部)碳纳米管。第三金属粘合材料可包括与第一和/或第二金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第三金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。

在另一方面，本发明的实施例的特征在于一种波长光束组合激光系统，其包括，基本上由如下组成，或由如下组成：光束发射器、聚焦光学器件、色散元件、部分反射输出耦合器、第一电极支架和热粘合层。光束发射器发射多个离散光束(例如，激光束)并具有第一和第二相对表面。每个光束可以具有不同的波长。聚焦光学器件将多个光束聚焦到色散元件上。色散元件接收并色散(即，波长色散)所接收的聚焦光束。部分反射输出耦合器被定位成接收色散光束，通过其发送色散光束的一部分作为多波长输出光束，并将色散光束的第二部分反射回色散元件以及光束发射器。第一电极支架设置在光束发射器的第一表面附近(例如，下方或上方)。热粘合层设置在光束发射器和第一电极支架之间。热粘合层改善了光束发射器和第一电极支架之间的热传导。热粘合层包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)碳纳米管阵列，以及(ii)设置在碳纳米管阵列内的第一金属粘合材料，以便围绕阵列内的至少一些碳纳米管。

本发明的实施例可以以各种组合中的任何一种包括以下中的一个或多个。色散元件可包括衍射光栅(例如，反射光栅或透射光栅)，基本上由其组成，或由其组成。第一金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。碳纳米管阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管可以基本上垂直于光束发射器的第一表面和/或第一电极支架的表面(例如，面向光束发射器的表面)排列。

激光系统可包括设置在热粘合层和光束发射器之间的第二金属粘合材料。第二金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。第二金属粘合材料可包括与第一金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。

激光系统可包括设置在热粘合层和第一电极支架之间的第二金属粘合材料。第二金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。第二金属粘合材料可包括与第一金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。

激光系统可以包括第二电极支架，其(i)设置在光束发射器的第二表面上并与第二表面热接触，以及(ii)除了通过光束发射器的任何导电路径之外，与第一电极支架电绝缘。激光系统可包括设置在光束发射器和第二电极支架之间的第二热粘合层。第二热粘合层可以改善光束发射器和第二电极支架之间的热传导。第二热粘合层可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)碳纳米管阵列，以及(ii)设置在碳纳米管阵列内的第二金属粘合材料，以便围绕阵列内的至少一些碳纳米管。第二金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。第二碳纳米管阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管可以基本上垂直于光束发射器的第二表面和/或第二电极支架的表面(例如，面向光束发射器的表面)排列。第二金属粘合材料可包括与第一金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第三金属粘合材料可以设置在第二热粘合层和光束发射器之间。第三金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。第二金属粘合材料可包括与第三金属粘合材料和/或第一金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第三金属粘合材料可以设置在第二热粘合层和第二电极支架之间。第三金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。第二金属粘合材料可包括与第三金属粘合材料和/或第一金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。

密封材料可以沿着热粘合层的侧表面设置。密封材料可以防止或阻止热粘合层从光束发射器和电极支架之间移动。密封材料可包括一种或多种导电和/或导热材料，基本上由其组成，或由其组成。密封材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：铜、铝、镍和/或铬。热粘合层的顶表面可以接触光束发射器。热粘合层的底表面可以接触第一电极支架。激光系统可包括设置在横跨顶表面和底表面的热粘合层的侧表面的至少一部分上和/或周围的第二金属粘合材料。第二金属粘合材料可包括与第一金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第二金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。

在另一方面，本发明的实施例的特征在于一种波长光束组合激光系统，其包括，基本上由如下组成，或由如下组成：光束发射器、聚焦光学器件、色散元件、部分反射输出耦合器、第一电极支架以及热粘合层。光束发射器发射多个离散光束(例如，激光束)并具有第一和第二相对表面。每个光束可以具有不同的波长。聚焦光学器件将多个光束聚焦到色散元件上。色散元件接收并色散(即，波长色散)所接收的聚焦光束。部分反射输出耦合器被定位成接收色散光束，通过其发送色散光束的一部分作为多波长输出光束，并将色散光束的第二部分反射回色散元件以及光束发射器。第一电极支架设置在光束发射器的第一表面附近(例如，下方或上方)。热粘合层设置在光束发射器和第一电极支架之间。热粘合层改善了光束发射器和第一电极支架之间的热传导。热粘合层包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)热粘合剂的多个离散的间隔开的区域，以及(ii)在热粘合剂的区域周围设置的第一热粘合材料，以便围绕热粘合剂的至少一些区域。热粘合剂的一个或多个或甚至每个区域包括碳纳米管阵列，基本上由其组成，或由其组成。第一热粘合材料基本上不含或不含碳纳米管。

本发明的实施例可以以各种组合中的任何一种包括以下中的一个或多个。色散元件可包括衍射光栅(例如，反射光栅或透射光栅)，基本上由其组成，或由其组成。热粘合剂的一个或多个或甚至每个区域可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)碳纳米管阵列，(ii)设置在碳纳米管阵列和光束发射器之间的第二金属粘合材料，以及(iii)设置在碳纳米管阵列和第一电极支架之间的第三金属粘合材料。第二金属粘合材料和/或第三金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。每个碳纳米管阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管可以基本上垂直于光束发射器的第一表面和/或电极支架的表面(例如，面向光束发射器的表面)排列。第一、第二或第三金属粘合材料中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料不同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第一、第二或第三金属粘合材料中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。

热粘合剂的一个或多个或甚至每个区域可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)碳纳米管阵列，以及(ii)设置在碳纳米管阵列内的第二金属粘合材料，以便围绕阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管。第二金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。每个碳纳米管阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管可以基本上垂直于光束发射器的第一表面和/或电极支架的表面(例如，面向光束发射器的表面)排列。第二金属粘合材料可包括与第一金属粘合材料的材料不同或相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。

密封材料可以沿着热粘合层的侧表面设置。密封材料可以防止或阻止热粘合层从光束发射器和电极支架之间移动。密封材料可包括一种或多种导电和/或导热材料，基本上由其组成，或由其组成。密封材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：铜、铝、镍和/或铬。

激光系统可以包括第二电极支架，其(i)设置在光束发射器的第二表面上并与第二表面热接触，以及(ii)除了通过光束发射器的任何导电路径之外，与第一电极支架电绝缘。激光设备可包括设置在光束发射器和第二电极支架之间的第二热粘合层。第二热粘合层可以改善光束发射器和第二电极支架之间的热传导。第二热粘合层可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)第二热粘合剂的多个离散的间隔开的区域，以及(ii)在第二热粘合剂的区域周围设置的第二热粘合材料，以便围绕第二热粘合剂的至少一些区域。第二热粘合剂的一个或多个或甚至每个区域可包括碳纳米管阵列，基本上由其组成，或由其组成。第二热粘合材料可以基本上不含或不含碳纳米管。

第二热粘合剂的一个或多个或甚至每个区域可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)碳纳米管阵列，(ii)设置在碳纳米管阵列和光束发射器之间的第三金属粘合材料，以及(iii)设置在碳纳米管阵列和第二电极支架之间的第四金属粘合材料。第三金属粘合材料和/或第四金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。每个碳纳米管阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管可以基本上垂直于光束发射器的第二表面和/或第二电极支架的表面(例如，面向光束发射器的表面)排列。第一、第二、第三或第四金属粘合材料中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料不同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第一、第二、第三或第四金属粘合材料中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。

第二热粘合剂的一个或多个或甚至每个区域可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：(i)碳纳米管阵列，以及(ii)设置在碳纳米管阵列内的第三金属粘合材料，以便围绕阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管。第三金属粘合材料可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：in、sn、au、cu、al、ag、zn、pb、ausn和/或insn。每个碳纳米管阵列内的至少一些(或甚至基本上全部或全部)碳纳米管可以基本上垂直于光束发射器的第二表面和/或第二电极支架的表面(例如，面向光束发射器的表面)排列。第一、第二或第三金属粘合材料中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料不同的材料，基本上由其组成，或由其组成。第一、第二或第三金属粘合材料中的任何一种金属粘合材料可包括与任何其它金属粘合材料的材料相同的材料，基本上由其组成，或由其组成。

通过参考下面的描述、附图和权利要求，在此公开的本发明的这些和其它目的连同优点和特征将变得更明显。此外，应理解，本文所述的各种实施例的特征并不是相互排他的，且可以各种组合和排列存在。如在本文使用的，术语“基本上”和“大约”意指±10％，且在一些实施例中意指±5％。术语“基本上由…组成”意指不包括贡献于功能的其它材料，除非在本文另有规定。然而，这样的其它材料可以共同或单独地以微量存在。在本文，术语“辐射”和“光”可互换地被利用，除非另有指示。在本文，“下游”或“光学地下游”用于指示光束在遇到第一元件之后射到的第二元件的相对放置，第一元件在第二元件的“上游”或“光学地上游”。在本文，在两个部件之间的“光学距离”是在光束实际上所行进的两个部件之间的距离；由于例如来自反射镜的反射或从部件之一行进到另一部件的光所经历的传播方向的其它变化，光学距离可以但不一定等于在两个部件之间的物理距离。

附图说明

在附图中，相同的附图标记通常在不同的视图中指相同的部分。此外，附图不一定按比例，而是通常着重于说明本发明的原理。在下面的描述中，参考以下附图描述本发明的各种实施例，其中：

图1和图2分别是根据本发明实施例的封装激光器的侧视图和透视图；

图3a-3e是根据本发明实施例的制造热粘合材料的多个步骤的侧视图；

图4a和图4b是根据本发明实施例的包括用于包含热粘合材料的粘合剂层的激光装置的部分的横截面视图；

图5a-5d是经历根据本发明实施例的密封过程的多个步骤的激光装置的部件的横截面视图；

图6a和图6b是经历根据本发明实施例的密封过程的多个步骤的激光装置的部件的横截面视图；

图7a是根据本发明实施例的热粘合层的示意性平面图；

图7b是图7a的热粘合层的侧视图；以及

图8是根据本发明实施例的包括封装激光器的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描绘了根据本发明实施例的示例性封装激光器100的部分。如图所示，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可包括，或基本上由如下组成：例如，激光二极管、二极管线阵、激光二极管阵列、二极管线阵阵列、或一个或多个垂直腔表面发射激光器(vcsel)。电极支架110、115热连接到光束发射器105(如下详述)，并且每个电极支架电连接到光束发射器105的电极(即，阳极和阴极)之一。例如，电极支架110可以电连接到光束发射器105的阳极，并且电极支架115可以电连接到光束发射器105的阴极，反之亦然。电极支架110、115通常具有高导热性和导电性；因此，在各种实施例中，电极支架110、115包括一种或多种金属(诸如铜、银或金)，基本上由其组成，或由其组成。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。如图所示，电极支架110、115可以经由例如一个或多个紧固件(诸如螺钉或夹具)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附接到壳体。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还可以包含在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，其全部公开内容通过引用包含于此。封装激光器100的细节是示例性的，并且封装激光器100可以包括热连接(并且在各种实施例中，电连接)到一个或多个电极支架或散热器的光束发射器105，或基本上由其组成；电极支架110、115的尺寸、形状和其它特性不是本发明的限制。

本发明的实施例的特征在于一种热粘合材料，其包括金属/碳纳米管复合物，基本上由其组成，或由其组成，以便在例如其测试、老化和操作期间促进热量从光束发射器105传导。图3a-3e描绘了根据本发明实施例的热粘合材料300的制造。在示例性实施例中，热粘合材料300的制造包括经由例如化学气相沉积(cvd)形成碳纳米管阵列。如图3a中所示，基板310(例如，诸如硅基板的半导体基板)具有设置在其上的催化剂层320。催化剂层320可包括多个催化剂颗粒，基本上由其组成，或由其组成，用于随后在其上形成碳纳米管。例如，催化剂颗粒可包括一种或多种金属(诸如镍、铁和/或钴)，基本上由其组成，或由其组成。催化剂层320可以是离散颗粒的集合，每个离散颗粒“播种”其上的一个或多个碳纳米管的生长。催化剂层320的颗粒可以经由例如通过掩模层的沉积或金属毯覆层的沉积及其蚀刻来形成。

如图3a中所示，碳纳米管阵列330可以通过多种cvd技术中的任何一种(例如等离子体增强cvd)形成在催化剂层320上。在示例性工艺中，将基板310和催化剂层320置于cvd反应器中并加热(例如，加热至500℃至800℃之间的温度)。然后，将工艺气体(例如氨、氮和/或氢)和含碳气体(例如乙炔、乙烯和/或甲烷)流入反应器。纳米管阵列330的碳纳米管在催化剂层320的催化剂颗粒上成核并生长。在各种实施例中，可以在碳纳米管的形成期间施加电场；以这种方式，可以控制碳纳米管的生长方向以平行于电场的方向。因此，在各种实施例中，纳米管阵列330包括彼此基本上平行排列的碳纳米管的集合(例如，大致垂直于基板310的表面)，基本上由其组成，或由其组成。

如上所述，根据本发明实施例的热粘合材料300有利地包含一个或多个粘合层340，其促进纳米管阵列330与光束发射器105的热粘合(并且在各种实施例中，电粘合)。这种粘合层340可以设置在纳米管阵列330的一个或多个表面上，例如，顶表面和/或底表面(即，基本垂直于纳米管的轴的表面)。在各种实施例中，粘合层340还可以设置在横跨顶表面和底表面的纳米管阵列330的一个或多个(或甚至全部)侧表面上。粘合层340可以包括，基本上由如下组成，或由如下组成：一种或多种金属，例如in、sn、ausn和/或insn，和/或包含这些金属中的两种或更多种金属或这些金属中的一种或多种金属与一种或多种其它金属的混合物或合金。粘合层340可以通过多种不同技术中的任何一种设置在纳米管阵列330上，例如，物理气相沉积(例如，溅射或电子束沉积)、喷射沉积(例如，等离子喷涂或冷喷涂)、丝网印刷和/或覆镀。每个粘合层340可以具有例如1μm至10μm(例如，2μm至3μm)的厚度。如图3b中所示，可以在纳米管阵列330上形成粘合层340，同时纳米管阵列330存在于基板310的顶上。然后，纳米管阵列330可以与基板310分离，翻转，并且另一个粘合层340可以形成在相对侧上，如图3d中所示。在其它实施例中，可以将纳米管阵列330从基板310剥离，如图3c中所示，并且然后在一个或多个沉积步骤中，可以在纳米管阵列330的一个或多个(或甚至所有)表面上形成一个或多个粘合层340。在各种实施例中，如图3e中所示，在形成一个或多个粘合层340之后，可以压制热粘合材料300，从而减小其厚度并最大化热粘合层340和纳米管阵列330之间的电和热接触。在其它实施例中，热粘合材料300可以在设置在光束发射器105和电极支架或散热器之间(如下所述)之后被压制。在各种实施例中，热粘合材料300可在设置在光束发射器105附近之前或之后在升高的温度下退火。

在各种实施例中，在初始纳米管阵列330上沉积粘合层340之后，如图3b中所示，可以在粘合层340上设置附加催化剂层，并且可以在粘合层340上(例如，通过cvd)形成附加碳纳米管阵列。以这种方式，可以形成包含由粘合层340分开的两个或更多个离散的碳纳米管阵列330的层状结构。在其它实施例中，诸如图3d中所示的结构可以彼此堆叠在一起以形成包含碳纳米管阵列330的两个或更多个离散层的结构。

在各种实施例中，粘合层340的全部或一部分可以渗透到碳纳米管阵列330中的各个碳纳米管之间的一些或全部空间中以形成热粘合材料，其中碳纳米管嵌入在基质内，该基质包括粘合层340材料，基本上由其组成，或由其组成。例如，可以调节(例如，增加)催化剂层320中的催化剂颗粒的间隔，并且粘合层340的全部或部分的沉积可以导致粘合层材料在碳纳米管阵列330自身内的沉积，占据或基本上填充碳纳米管之间的间隙。

在制造热粘合材料300之后，它可以用于实现和/或增强光束发射器105的一个或多个表面(和/或电触点)与电极支架110和/或电极支架115之间的热接触(并且在各种实施例中，电接触)，如图4a和4b中所示。在各种实施例中，包含光束发射器105和一层或多层热粘合材料300的激光装置也可以包含粘合剂400的一个或多个区域。如图所示，粘合剂400可以在它们之间的界面处设置在光束发射器105和电极支架110和/或电极支架115的一个或多个侧面周围并与之接触，以便形成对热粘合材料300(例如，粘合层340)的出口的屏障。

本发明的各种实施例的特征在于密封材料最小化或减少一个或多个热粘合层(即，一个或多个层，其包括热粘合材料，基本上由其组成，或由其组成)的蠕变。图5a描绘了电极支架110、115，每个电极支架110、115在其上设置有热粘合层300。如上所述，热粘合层300可包括热粘合材料，基本上由其组成，或由其组成。热粘合材料可包括如本文所述的金属/碳纳米管复合物，基本上由其组成，或由其组成。热粘合层300甚至可以包括，基本上由如下组成，或由如下组成：与另一种热粘合材料(例如导热焊料、箔、液体、浆料或凝胶材料)组合(例如，散布在其中)的金属/碳纳米管复合物的一个或多个离散部分(例如，网状结构或离散的颗粒或区域)，该另一种热粘合材料包括，基本上由如下组成，或由如下组成：一种或多种材料，诸如铟、铅、锡、银，和/或其混合物或合金，或与一种或多种其它金属的混合物或合金。如图5d中所示，热粘合层300在电极支架110、115和光束发射器105之间提供热连接。(尽管图5a-5d描绘了两个电极支架110、115至少部分地密封并且随后热连接到光束发射器105，但是本发明的实施例包括激光装置，其中仅使用电极支架110、115中的一个电极支架)

如图5b中所示，其上施加有热粘合层300的电极支架110、115中的每个电极支架可以用密封材料500至少部分地密封，以防止热粘合材料从光束发射器105和电极支架之间的区域蠕变。密封材料500可以围绕电极支架和相关联的热粘合层300的基本上整个表面区域延伸。密封材料500通常基本上不透过热粘合材料通过其的传输，并且因此基本上防止在组装的激光装置中热粘合材料的流出。密封材料500可以包括一种或多种金属(例如，导热金属)，基本上由其组成，或由其组成，并且其可以具有高于热粘合层335的熔点(例如，热粘合材料的熔点)的熔点。例如，密封材料500可包括，基本上由如下组成，或由如下组成：铜、铝、镍、铬或这些金属中的两种或更多种的合金，或这些金属中的一种或多种金属与一种或多种其它金属的合金。因此，密封材料500也可以是导电的。密封材料500可以具有高于热粘合材料(或者至少其金属部分(或非碳纳米管部分))的硬度的硬度。在各种实施例中，至少在组装的激光装置的典型操作温度(例如，与热粘合材料接触的部件达到的温度)或更低的温度下，密封材料500和热粘合材料基本上互不相溶(即，不大于密封材料500的约10％，或甚至不大于约5％，或热粘合材料可溶解到其它材料以形成固溶体)。

密封材料500可以经由各种不同技术中的任何一种施加到电极支架和热粘合层。例如，密封材料500可以通过诸如电镀、无电沉积、化学气相沉积或溅射的技术来沉积。在根据本发明实施例的电镀工艺中，如本领域已知的，将待密封的部件浸入含有密封材料500的离子和/或阳极的电镀槽中，所述阳极包括密封材料500，基本上由其组成，或由其组成，并且施加的电流导致离子沉积在作为阴极的部件上。在根据本发明实施例的无电沉积工艺中，如本领域已知的，不存在电镀电流源，并且电镀槽含有驱动电镀反应的还原剂(例如，基于氢的还原剂，诸如次磷酸盐或低分子量醛)。

在本发明的各种实施例中，密封材料500的一个或多个部分可以从电极支架和/或热粘合层300移除。如图5c中所示，密封材料500的部分可以从热粘合层300中移除，该热粘合层300旨在直接接触组装的激光装置中的光束发射器，从而形成暴露区域510。如图5d中所示，光束发射器105可以设置在密封的电极支架110、115之间，使得它直接接触热粘合层300(从而确保良好的热接触)，而密封材料500的其余部分防止热粘合材料从光束发射器105和电极支架110、115之间的界面流出。区域510上的密封材料500的部分可以通过例如蚀刻(例如，密封材料500的其它区域被对蚀刻剂惰性的保护层掩蔽)或诸如机械加工或研磨的机械移除方法来移除。

在本发明的其它实施例中，在初始密封工艺期间，密封材料500不形成在区域510上。在这种实施例中，区域510可以最初覆盖或涂覆有掩蔽材料，诸如蜡、胶带等。密封材料500不沉积在掩蔽区域510上，并且在沉积工艺(例如，电镀或无电沉积)之后，如图5c中所示，简单地移除掩蔽材料以露出区域510。

如图6a中所示，根据本发明的实施例，激光装置的各种部件可以在施加密封材料之前组装在一起。如图所示，在施加密封材料之前，电极支架110、115可以固定到光束发射器105，其间具有热粘合层300。如图6b中所示，密封材料500可以施加到图6a中所示的整个组件，从而密封热粘合层300，并防止热粘合材料在激光装置的操作期间流出。如上所述，可以掩蔽光束发射器105的暴露部分，从而防止密封材料500的任何沉积，或者密封材料500可以沉积在这些区域上并且随后通过例如蚀刻或机械移除技术来移除。

图7a和图7b描绘了热粘合层700，其中热粘合材料300的多个离散区域或颗粒散布在另一热粘合材料710内，例如，导热焊料、箔、液体、浆料或凝胶材料，其包括，基本上由如下组成，或由如下组成：一种或多种材料，诸如铟、铅、锡、银和/或其混合物或合金，或者与一种或多种其它金属的混合物或合金。热粘合材料300的所有或一些区域可以是近似圆柱形的，或者它们可以具有规则或不规则的其它形状。当在根据本发明的实施例的激光装置内使用时，可以将强制各种部件组合在一起的夹紧力的大部分施加到热粘合层700的热粘合材料300的区域，同时可以在其间设置热粘合材料710。在这种配置中，热粘合材料700可以继续通过热粘合层700提供导热性，同时热粘合材料710的蠕变或其它移动被热粘合材料300的区域最小化或基本上消除。热粘合材料300的区域可以减少施加到热粘合材料710的夹紧力的量，并且阻碍热粘合材料710从激光装置的部件之间自由流动。热粘合材料300的区域可以具有小于或基本上等于热粘合层700的厚度的平均尺寸(例如，平均直径或宽度或其它尺寸，诸如高度)。平均尺寸可以是热粘合层700的厚度的至少一半。例如，热粘合材料300的区域可以基本上横跨设置热粘合层700的部件之间的整个距离，并且热粘合材料300的至少一些区域可以与这两个部件接触。

根据本发明实施例的封装激光器可用于wbc激光系统。图8描绘了利用封装激光器805的示例性wbc激光器系统800。封装激光器805可以包含例如一个或多个热粘合层或材料300、700，并且甚至可以包含如本文详述的密封材料500。在图8的示例中，激光器805的特征在于具有发射光束810的四个光束发射器的二极管线阵(参见放大的输入视图815)，但是本发明的实施例可以利用发射任意数量的单独光束的二极管线阵或二极管或二极管线阵的二维阵列或堆叠。在视图815中，每个光束810由线指示，其中线的长度或较长维度表示光束的慢发散维度，并且高度或较短维度表示快发散尺寸。准直光学器件820可用于沿着快维度准直每个光束810。可包括一个或多个圆柱形或球形透镜和/或反射镜或基本上其组成的变换光学器件825用于沿着wbc方向830组合每个光束810。变换光学器件825然后将所组合的光束重叠到色散元件835(其可包括例如衍射光栅，诸如反射或透射衍射光栅，或基本上由其组成)上，且所组合的光束然后作为单个输出轮廓传输到输出耦合器840上。输出耦合器840然后传输组合光束845，如在输出前视图850上所示的。输出耦合器840通常是部分地反射的并用作在该外腔系统800中的所有激光元件的公共前小面。外腔是激光发射系统，其中副反射镜在远离每个激光发射器的发射孔径或小面的距离处移动。在一些实施例中，附加的光学器件放置在发射孔径或小面和输出耦合器或部分反射表面之间。

在此采用的术语和表达用作描述的术语而非限制，并且在使用这些术语和表达时，无意排除所示和所述特征的任何等同物或其部分，但是应该认识到，在要求保护的本发明的范围内可以进行各种修改。