En los láseres semiconductores con estructura en cascada de múltiples zonas activas formadas por uniones túnel, debido a la falta habitual de acoplamiento óptico transversal efectivo entre las zonas emisoras, los puntos de emisión de cada zona activa presentan en el campo lejano múltiples distribuciones espaciales discretas incoherentes. Tras la colimación del eje rápido, el haz de salida se presenta como una serie de distribuciones angulares discretas simétricas respecto al eje óptico, lo que no solo provoca un aumento significativo del ángulo de divergencia en el campo lejano, sino que también mantiene una distribución de intensidad de campo lejano con una estructura de múltiples puntos. Tras el enfoque o la imagen mediante el sistema óptico, se produce una degradación de la calidad del punto focal, limitando la eficiencia de acoplamiento a fibras ópticas y el aumento del brillo del haz de salida. Para abordar este problema, este artículo propone un método de conformación del haz basado en un conjunto de prismas de reflexión total y una estructura simétrica de prismas de alta reflexión, que mediante reflexión selectiva bajo el ángulo crítico logra la reconstrucción angular del haz emitido por múltiples zonas de emisión, haciendo que la distribución original de tres picos discretos en el espacio angular se convierta tras la conformación en una distribución concentrada de un único pico. El ángulo de divergencia del eje rápido se comprime de 0,52° a 0,11°, logrando aproximadamente un 79% de tasa de compresión angular, mejorando la coherencia direccional del haz de múltiples zonas activas. En combinación con el prisma de compresión de la zona oscura del eje rápido y el sistema de reducción de haz Galileo, se logra una mayor coincidencia del producto de parámetros del haz del eje rápido y lento. Tras la conformación, el producto de parámetros del haz del eje rápido disminuye de 54,6 mm·mrad a 22,8 mm·mrad, la distribución de intensidad en el plano focal cambia de “distribución discreta de tres puntos” a “distribución concentrada de un solo punto”, y el haz enfocado se acopla dentro de una fibra con NA 0,22 y núcleo de 300 μm. La potencia máxima de salida del sistema alcanza los 630 W con una eficiencia de conversión óptica del 78,8%. Además, la estabilidad y viabilidad de los espejos de formación angular de reflexión total se evaluaron mediante análisis de tolerancias de ensamblaje y procesamiento, simulación acoplada termo-estructural y análisis de dispersión espectral y efecto termo-refractivo, demostrando que este esquema de conformación y combinación de haz posee buena estabilidad óptica y perspectivas de aplicación en ingeniería.

láser semiconductor multizona en cascada con unión túnel; colimación de eje rápido; conformación de haz; corrección angular; calidad de haz; acoplamiento a fibra óptica