En los láseres semiconductores con estructuras en cascada de múltiples zonas activas formadas por unión túnel, debido a la ausencia habitual de un acoplamiento óptico transversal efectivo entre las regiones emisoras, los puntos de emisión estimulada de cada zona activa presentan en campo lejano múltiples distribuciones espaciales discretas e incoherentes. Después de la colimación en el eje rápido, el haz de salida presenta una serie de distribuciones angulares discretas simétricas con respecto al eje óptico, lo que no solo conduce a un aumento significativo del ángulo de divergencia en campo lejano, sino que también mantiene una distribución de intensidad de múltiples puntos en el campo lejano. Tras el enfoque o la formación de imágenes con el sistema óptico, se produce una degradación de la calidad del punto focal, limitando la eficiencia de acoplamiento a fibra óptica y la mejora del brillo del haz de salida. Para este problema, este artículo propone un método de conformación del haz basado en un conjunto de prismas de reflexión total controlados por el ángulo crítico y una estructura prismática simétrica de alta reflexión, que mediante reflexión selectiva en el ángulo crítico logra la reconstrucción angular del haz de múltiples regiones emisoras, transformando la distribución discreta original de tres picos en el espacio angular en una distribución concentrada de pico único, comprimiendo el ángulo de divergencia en el eje rápido de 0.52° a 0.11°, logrando aproximadamente un 79% de compresión angular y mejorando la coherencia direccional del haz de múltiples zonas activas. Combinando un prisma de compresión de área oscura del eje rápido con un sistema de reducción de haz de Galileo, se logra una mejor coincidencia del producto de parámetros del haz en los ejes rápido y lento. Después de la conformación, el producto de parámetros del haz en el eje rápido disminuyó de 54.6 mm·mrad a 22.8 mm·mrad, la distribución de intensidad en el plano focal cambió de "distribución discreta de tres puntos" a "distribución concentrada de un solo punto", y el haz enfocado se acopló en una fibra con NA 0.22 y núcleo de 300 μm. La potencia máxima de salida del sistema alcanzó los 630 W, con una eficiencia de conversión óptico-óptica del 78.8%. Además, la estabilidad y viabilidad de los espejos conformadores de ángulo de reflexión total se evaluaron mediante análisis de tolerancias de ensamblaje y mecanizado, simulación acoplada termo-estructural y análisis de dispersión espectral y efectos de índice de refracción termoinducido, demostrando que esta solución de conformación y combinación de haz posee buena estabilidad óptica y perspectivas de aplicación en ingeniería.

Láser semiconductor en cascada con múltiples zonas activas y unión túnel; colimación del eje rápido; conformación de haz; corrección angular; calidad del haz; acoplamiento a fibra óptica