弃用多面棱镜：当贝塞尔光束遇上多芯片VECSEL

一、VECSEL的功率困境垂直外腔面发射激光器（VECSEL）结合了固体薄片激光器与半导体激光器的双重优势，兼具高光束质量、宽光谱调谐范围和灵活的波长设计能力，发光波长可通过能带工程在670 nm至2.8 μm的广阔范围内自由设计。然而，这一看似完美的激光平台始终受困于一个根本性矛盾：功率扩展与光束质量之间的零和博弈。VECSEL单芯片的输出功率受限于两个核心因素：热效应与自发辐射放大（ASE）。传统的功率提升策略是扩大泵浦光斑尺寸并保持泵浦辐照度恒定，但这一策略存在明确的天花板——泵浦光斑越大，ASE效应越显著，同时芯片表面的微观不平整度会引入更多衍射损耗，推高阈值并降低斜率效率。当单一芯片的功率输出逼近物理极限时，工程师们自然将目光投向了多芯片合束——将多个VECSEL芯片的输出合成一束，以实现功率的“无限扩展”。二、多面棱镜合束：经典方案的结构性困局在多芯片VECSEL合束的工程实践中，多面棱镜一直是核心光学元件。其基本思路是：将多个增益芯片沿中心轴排布，各芯片输出的子光束依次经过棱镜组——第一棱镜将各子光束向中心轴汇聚，第二棱镜将其合束为一束谐振光束。这种方案的优点在于结构相对成熟，能够实现多芯片的腔内合束。北京工业大学的一项专利更进一步，针对VCSEL阵列光源设计了包含多个棱镜的光束整形镜，每个棱镜的光束出射面与入射面平行但沿X/Y轴具有预设倾斜角度，从而压缩芯片间距、提高光束填充因子。然而，多面棱镜方案存在若干难以逾越的结构性缺陷：其一，扩展性受限。棱镜的几何构型本质上限制了可合束的芯片数量。每增加一个芯片，就需要在棱