Array size scaling of passive coherent beam combination is explored theoretically. The Strehl ratio variation with wavelength is simulated in 4-, 9-, 16-, and 25-channel fiber arrays. The average Strehl ratio and phase error are calculated. The Strehl ratio is found to be near 100% for arrays with less than 5 fibers, but decreases significantly for larger arrays. These results are in good agreement with the recent experimental results.

利用二维4路光纤激光环形腔被动锁相相干组束实验平台，对被动相干组束系统的光束质量进行了研究。以衍射极限倍数β因子作为光束质量的评价方法，理论分析了光束占空比以及不同锁相模式对β因子的影响，实验测量了对应不同输出功率水平的β因子。结果表明，虽然β因子可以在一定程度上反映出不同实验条件下光束质量的差异，但是由于β因子的测量核心是确定出焦平面处83.8%环围能量（功率）比的桶尺寸，不能反映相干组束远场光斑的特点，不适合用于评价被动相干组束系统的光束质量。比较分析了β因子与光束质量，光束质量能更好地反映出相干组束的特点。

对高功率光纤激光的被动相干组束技术进行了理论和实验研究。介绍了几种典型的被动相干组束技术，并对其功率可提升性进行了分析。详细报道了课题组在光反馈环形腔结构光纤激光相干组束方面的研究进展，研究分析了该相干组束技术的输出光谱特性和路数可提升性，建立了4路和8路高功率光纤放大器的相干组束系统，并分别实现了1062和1090 W的相干耦合激光输出。

以光束质量(BQ)作为二维激光相干组束系统输出激光光束质量的评价因子，对相干组束系统的光束质量进行了实验研究。利用光反馈环形腔被动相位锁定技术，搭建了二维4路光纤激光相干组束的实验平台，实现了4路光纤激光的相干组束。当选取理想光束口径为近场子光束外切圆直径时，以圆形平顶光束或高斯光束作为理想光束模型，对应不同的远场光斑桶尺寸，分别进行了BQ测量。结果表明，BQ定义中理想光束模型的选择对BQ影响较小，而远场光斑桶尺寸的选取对BQ影响较大。对于不同相干组束系统的BQ评价，需要在明确BQ定义的情况下进行。

对基于环形腔光反馈的光纤激光被动锁相技术进行了理论和实验研究。建立了一维三路光纤激光阵列的相干组束实验装置, 实现了三束光纤激光的相位锁定, 观测到稳定的干涉图样。研究了光束占空比对远场光斑的影响, 分析了影响腔内损耗的主要因素。观测到相干耦合输出光谱中所存在的多波长峰值随机出现的现象, 通过采用窄带宽滤光片, 可以限制相干耦合输出的光谱范围, 但上述现象仍然存在。从理论上对被动锁相技术中所存在的这种波长随机现象进行了分析和解释。

以248 nm的KeF准分子激光器为光源,基于相位掩模法,研究了大模场面积双包层光纤(LMA-DCF)光栅的刻写技术。在20/400 μm的LMA-DCF中制备出中心波长1076.11 nm,基模反射率大于99.9%,3 dB带宽0.32 nm的光纤布拉格光栅(FBG)。用已制备的FBG作为腔镜,采用分立的光学元件后向抽运掺Yb³⁺光纤激光器,实现了144 W的稳定激光输出,斜率效率为60%,输出激光光谱特性同FBG的光谱特性一致。

对基于空间滤波原理的光反馈环形腔光纤激光阵列的被动相干组束技术进行了实验研究。采用自行研制的四路保偏掺镱光纤放大器,建立了二维光纤激光相干组束实验系统,通过同相信号光的有效反馈,实现了各路放大激光的同相输出,获得了稳定的二维远场相干图样,相干对比度达91.7%,相干耦合效率为94.5%。并观测到被动锁相时的多纵模相干输出现象。

We experimentally demonstrate the phase locking of a two-dimensional (2D) array of four fiber lasers using an improved self-imaging resonator with a spatial filter. The high visibility interference round stripes of the coherent beam profile are observed. The coherent output power of the fiber array exceeds 134 W. The entire system operates quite stably, and no thermal effects observe in the spatial filter, indicating that the coherent output power can be increased using this method.

The characteristics of fiber laser coherent beam combination are investigated by using a 2×2 fiber laser array with a self-Fourier cavity. The experimental results show that with a certain output width the power ratio of the center spot is increased with the increase of space duty cycle, meanwhile the number of secondary spots is decreased correspondingly. The results are in agreement with theoretic analysis.

研究了相干组束中激光器阵列出射光束的占空比,对相干组束后远场中心光斑能量比值的影响,进行了理论分析,并在一维二路自成像相干组束实验中,进行了占空比调节的实验。理论分析认为,在一定单元出射光束宽度下,增大占空比值,可以提高相干组束后中心光斑能量比值,同时可以减少次级光斑的数量。通过实验验证,当光束的腰斑不大于1 mm时,相邻光束间距从2.06 mm增大至6.02 mm,中心光斑能量比从42%降至11.13%。