In Halbleiterlasern mit kaskadierender Mehrquellenzonenstruktur, die durch Tunnelübergänge gebildet werden, führen fehlende effektive laterale optische Kopplungen zwischen den Emissionszonen typischerweise dazu, dass die Laserstrahlflecken im Fernfeld mehrere inkohärente diskrete räumliche Verteilungen aufweisen. Nach der Kollimation der schnellen Achse zeigt der ausgegebene Strahl eine Reihe von relativ zur optischen Achse symmetrischen diskreten Winkelverteilungen, was nicht nur zu einer deutlichen Vergrößerung des Divergenzwinkels im Fernfeld führt, sondern auch die mehrfleckige Struktur der Intensitätsverteilung im Fernfeld aufrechterhält. Nach der Fokussierung oder Abbildung durch das optische System verschlechtert sich die Qualität des Brennflecks, was die Kopplungseffizienz in Fasern und die Erhöhung der Ausgangsstrahlhelligkeit begrenzt. Zur Lösung dieses Problems schlägt dieser Artikel eine Strahlformungsmethode vor, die auf einer Gruppe von Totalreflexionsprismen und einer symmetrischen hochreflektierenden Prismenstruktur basierend auf der Steuerung des kritischen Winkels beruht. Durch selektive Reflexion unter dem kritischen Winkel wird eine Winkelrekonstruktion des Strahls aus mehreren Emissionszonen realisiert, wobei die ursprünglich diskrete dreifachgipflige Verteilung im Winkelraum zu einer einzelnen konzentrierten Verteilung geformt wird. Der Divergenzwinkel der schnellen Achse wird von 0,52° auf 0,11° komprimiert, was einer Winkelkompressionsrate von etwa 79 % entspricht und die Richtungsübereinstimmung des Mehrquellenstrahls verbessert. In Kombination mit einem Prisma zur Kompression der Dunkelzone der schnellen Achse und einem Galileischen Strahlverkleinerungssystem wird die Übereinstimmung des Strahlparameterprodukts der schnellen und langsamen Achse weiter verbessert. Nach der Formung sinkt das Strahlparameterprodukt der schnellen Achse von 54,6 mm·mrad auf 22,8 mm·mrad, die Intensitätsverteilung in der Brennebene verändert sich von „dreipunktiger diskreter Verteilung“ zu „einpunktiger konzentrierter Verteilung“, und der fokussierte Strahl wird in eine Faser mit NA 0,22 und einem Kerndurchmesser von 300 μm eingekoppelt. Die Spitzenausgangsleistung des Systems erreicht 630 W bei einer optisch-optischen Umwandlungseffizienz von 78,8 %. Darüber hinaus wurde die Stabilität und Realisierbarkeit der Totalreflexionswinkel-Formspiegel durch Toleranzanalysen der Montage und Bearbeitung, gekoppelte thermo-strukturelle Simulationen sowie spektrale Dispersions- und thermooptische Effektanalysen bewertet, die eine gute optische Stabilität und vielversprechende ingenieurtechnische Anwendungsmöglichkeiten der Strahlformungs- und Bündelungslösung zeigen.

Halbleiterlaser mit kaskadierender Mehrquellenzonenstruktur durch Tunnelübergänge; Kollimation der schnellen Achse; Strahlformung; Winkelkorrektur; Strahlqualität; Faserkopplung