Bei Halbleiterlasern mit einer kaskadierten Struktur mehrerer aktiver Bereiche, die durch Tunneling-Kontakte gebildet werden, zeigen die Laserpunkte der einzelnen aktiven Bereiche im Fernfeld aufgrund eines fehlenden effektiven lateralen optischen Koppelns häufig mehrere kohärenzfreie diskrete räumliche Verteilungen. Nach der Kollimierung der schnellen Achse zeigt der Ausgangsstrahl eine Reihe von diskreten winkelverteilten Strahlen, die zur optischen Achse symmetrisch sind; dies führt nicht nur zu einer signifikanten Zunahme des Fernfeld-Streuungswinkels, sondern auch dazu, dass die Fernfeld-Intensitätsverteilung eine Mehrfleckenstruktur aufweist. Nach der Fokussierung oder Abbildung durch das optische System tritt eine Verschlechterung der Brennfleckqualität auf, was die Faserkopplungseffizienz und die Erhöhung der Ausgangsstrahlhelligkeit begrenzt. Zur Lösung dieses Problems wird in diesem Artikel eine Strahlformungsmethode basierend auf einem Satz von totalreflektierenden Prismen mit Kontrolle über den kritischen Winkel und einer symmetrischen hochreflektierenden Prismenstruktur vorgeschlagen, die eine winkelmäßige Rekonstruktion des Strahls mehrerer Emissionsbereiche durch selektive Reflexion unterhalb des kritischen Winkels ermöglicht, wodurch die ursprünglich diskrete dreispitzige Verteilung im Winkelraum in eine einzelgipflige konzentrierte Verteilung umgewandelt wird; der Streuwinkel der schnellen Achse wird von 0,52° auf 0,11° komprimiert, was eine Winkelkompressionsrate von etwa 79 % erreicht und die Richtungsübereinstimmung des Multizonenstrahls verbessert. In Kombination mit einem Prismenkompressor für den dunklen Bereich der schnellen Achse und einem Galilei-Bündelungssystem wird eine weitere Abstimmung des Strahlparameterprodukts der schnellen und langsamen Achse erreicht. Nach der Formgebung sinkt das Strahlparameterprodukt der schnellen Achse von 54,6 mm·mrad auf 22,8 mm·mrad, die Intensitätsverteilung in der Brennebene ändert sich von einer „dreifleckigen diskreten Verteilung“ zu einer „einzelnden konzentrierten Verteilung“ und der fokussierte Strahl wird in eine Faser mit NA 0,22 und Kern 300 μm gekoppelt. Die Spitzenausgangsleistung des Systems erreicht 630 W bei einer optisch-optischen Umwandlungseffizienz von 78,8 %. Darüber hinaus wurden die Stabilität und Realisierbarkeit der totalreflektierenden Winkelformungsspiegel durch Toleranzanalysen der Montage und Bearbeitung, gekoppelte thermo-strukturelle Simulationen sowie Spektraldispersion und thermisch induzierte Brechungsindexeffekt-Analysen bewertet, was zeigt, dass diese Strahlformungs- und Bündelungslösung eine gute optische Stabilität und vielversprechende ingenieurtechnische Anwendungsaussichten besitzt.

Kaskadierter Mehrzonen-Tunnelkontakt-Halbleiterlaser; Kollimation schnelle Achse; Strahlformung; Winkelkorrektur; Strahlqualität; Faseranbindung