터널 접합으로 형성된 다중 활성 영역 캐스케이드 구조 반도체 레이저에서는 발광 영역 간에 일반적으로 효과적인 횡방향 광학 결합이 부족하여 각 활성 영역의 발진 광점이 원거리장에서 여러 개의 비상관 이산 공간 분포를 나타낸다. 빠른 축 콜리메이션 후 출력 빔은 광축에 대해 대칭적인 이산 각도 분포를 보이며, 이는 원거리장 발산각의 큰 증가뿐만 아니라 원거리장 강도 분포가 다중 점 구조를 유지하게 한다. 광학 시스템의 집광 또는 영상 후 초점 점의 품질 저하가 발생하여 광섬유 결합 효율 및 출력 빔 밝기 향상을 제한한다. 본 논문에서는 임계각 조절 기반의 전반사 프리즘 군과 대칭형 고반사 프리즘 구조를 통한 빔 성형 방법을 제안하여 임계각 하 선택적 반사를 통해 다중 발광 영역 빔의 각도 재구성을 실현하였다. 각 공간 내 원래 이산적인 3첨 분포를 성형 후 단일 첨 집중 분포로 합성하였으며, 빠른 축 발산각을 0.52°에서 0.11°로 압축하여 약 79%의 각도 압축률을 달성하였고, 다중 활성 영역 빔 방향의 일치성을 향상시켰다. 빠른 축 암부 압축 프리즘과 갈릴레이 축소 시스템을 결합하여 빠른 축과 느린 축 빔 파라미터 곱의 매칭을 추가로 실현하였다. 성형 후 빠른 축 빔 파라미터 곱은 54.6 mm·mrad에서 22.8 mm·mrad로 감소했으며, 초점면 광강도 분포가 '3점 이산 분포'에서 '단일 점 집중 분포'로 전환되었고, 집광 빔은 NA 0.22, 코어 직경 300 μm 광섬유에 결합되었다. 시스템 최고 출력은 630 W에 달하며 광-광 변환 효율은 78.8%이다. 또한 조립 및 가공 공차 분석, 열-구조 결합 시뮬레이션 및 스펙트럼 분산 및 열 유발 굴절률 효과 분석을 통해 전반사 각도 성형 거울의 안정성과 구현 가능성을 평가하여 본 빔 성형 및 결합 방안이 우수한 광학적 안정성과 공학적 응용 전망을 가짐을 입증하였다.

터널 접합 캐스케이드 다중 활성 영역 반도체 레이저; 빠른 축 콜리메이션; 빔 성형; 각도 보정; 빔 품질; 광섬유 결합