Dans les lasers à semi-conducteurs à plusieurs zones actives en cascade formées par jonction tunnel, en raison de l'absence habituelle de couplage optique transversal efficace entre les zones d'émission, les taches de lasage de chaque zone active présentent dans le champ lointain plusieurs distributions spatiales discrètes incohérentes. Après collimation selon l'axe rapide, le faisceau de sortie se manifeste par une série de distributions angulaires discrètes symétriques par rapport à l'axe optique, ce qui entraîne un élargissement significatif de l'angle de divergence dans le champ lointain et maintient une distribution multi-taches de l'intensité dans le champ lointain. Après focalisation ou imagerie par le système optique, cela provoque une dégradation de la qualité du point focal, limitant ainsi l'efficacité d'accouplement à la fibre optique et l'amélioration de la luminosité du faisceau de sortie. Pour remédier à ce problème, cet article propose une méthode de mise en forme du faisceau basée sur un ensemble de prismes à réflexion totale contrôlant l’angle critique et sur une structure prismatique symétrique à haute réflexion, réalisant la reconstruction angulaire du faisceau des zones d’émission multiples par réflexion sélective sous l’angle critique, transformant la distribution initiale à trois pics discrets dans l’espace angulaire en une distribution concentrée à un seul pic ; l’angle de divergence selon l’axe rapide est compressé de 0,52° à 0,11°, réalisant un taux de compression angulaire d’environ 79 %, améliorant ainsi la cohérence directionnelle du faisceau multi-zones actives. En combinant un prisme de compression de zone sombre de l’axe rapide avec un système de réduction de faisceau de Galilée, une correspondance du produit des paramètres de faisceau selon les axes rapide et lent est réalisée. Après mise en forme, le produit des paramètres du faisceau selon l’axe rapide passe de 54,6 mm·mrad à 22,8 mm·mrad, la distribution d’intensité sur le plan focal change d’une « distribution à trois taches discrètes » à une « distribution à une tache unique concentrée », et le faisceau focalisé est couplé dans une fibre optique de NA 0,22 et de cœur de 300 μm. La puissance de sortie crête du système atteint 630 W, avec une efficacité de conversion optique à optique de 78,8 %. En outre, la stabilité et la faisabilité des miroirs de mise en forme d’angle à réflexion totale ont été évaluées par l’analyse des tolérances d’assemblage et d’usinage, la simulation couplée thermo-structurelle, ainsi que l’analyse de la dispersion spectrale et des effets d’indice de réfraction thermo-induit, montrant que cette solution de mise en forme et de combinaison de faisceau présente une bonne stabilité optique et un potentiel d’application en ingénierie.

Laser à semi-conducteurs à jonctions tunnel en cascade avec plusieurs zones actives; collimation axe rapide; mise en forme du faisceau; correction angulaire; qualité du faisceau; couplage fibre optique