Em lasers semicondutores com estrutura em cascata de múltiplas zonas ativas formadas por junções de túnel, devido à falta usual de acoplamento óptico transversal eficaz entre as zonas emissoras, as manchas de emissão de cada zona ativa apresentam múltiplas distribuições espaciais discretas e incoerentes no campo distante. Após a colimação do eixo rápido, o feixe de saída apresenta uma série de distribuições angulares discretas simétricas em relação ao eixo óptico, o que não apenas provoca um aumento significativo no ângulo de divergência do campo distante, mas também mantém a distribuição de intensidade do campo distante com estrutura de múltiplos pontos. Após a focalização ou imagem pelo sistema óptico, há degradação da qualidade do ponto focal, limitando a eficiência de acoplamento em fibra óptica e o aumento do brilho do feixe de saída. Para resolver esse problema, este artigo propõe um método de conformação de feixe baseado em um conjunto de prismas de reflexão total e uma estrutura de prismas simétricos de alta reflexão, que, por meio de reflexão seletiva no ângulo crítico, realiza a reconstrução angular do feixe de múltiplas zonas emissoras, fazendo com que a distribuição inicial de três picos discretos no espaço angular seja formada em uma distribuição concentrada de pico único após a conformação. O ângulo de divergência do eixo rápido foi comprimido de 0,52° para 0,11°, alcançando uma taxa de compressão angular de cerca de 79%, melhorando a coerência direcional do feixe multi-zona ativa. Em combinação com o prisma de compressão da zona escura do eixo rápido e o sistema de redução de feixe Galileu, foi obtida uma correspondência adicional do produto dos parâmetros do feixe dos eixos rápido e lento. Após a conformação, o produto do parâmetro do feixe do eixo rápido foi reduzido de 54,6 mm·mrad para 22,8 mm·mrad, a distribuição de intensidade no plano focal mudou de “distribuição discreta de três manchas” para “distribuição concentrada de uma mancha”, e o feixe focalizado foi acoplado em fibra óptica com NA 0,22 e núcleo de 300 μm. A potência de saída máxima do sistema atingiu 630 W e a eficiência de conversão óptico-óptica foi de 78,8%. Além disso, a estabilidade e viabilidade dos espelhos de conformação angular de reflexão total foram avaliadas por análises de tolerância de montagem e processamento, simulação acoplada termo-estrutural e análise de dispersão espectral e efeito de índice térmico, demonstrando que esta solução de conformação e combinação de feixes possui boa estabilidade óptica e perspectivas de aplicação em engenharia.

laser semicondutor em cascata de múltiplas zonas ativas por junção de túnel; colimação do eixo rápido; conformação de feixe; correção angular; qualidade do feixe; acoplamento em fibra óptica