根据激光光束质量国际标准，采用光束质量[M2]因子来评价相干阵激光的光束质量，并采用拟合相干阵激光传输双曲线方程的方法计算了相干阵激光在不同波长、子光源半径、占空比、阵列宽度等参数条件下的[M2]值。考虑到采用拟合双曲线方程来计算[M2]值存在较大的误差，同时采用桶中功率比(BQ)对相干阵激光的光束质量进行计算。根据所提出的BQ值与[M2]值的关系式，通过计算BQ值得到相干阵激光在不同参数情况下稳定的[M2]值。计算结果表明，相干阵激光的光束质量接近衍射极限。

以广义惠更斯-菲涅尔衍射理论为基础, 采用Zernike多项式描述像差光束畸变波前相位, 研究超高斯光束因卡式系统加工和装调导致波像差劣化后, 通过传输在远场聚焦性能。分析主次镜系统波像差下降到1/13λ左右时, 对应像散和慧差对聚焦位置处光强分布和光斑桶中功率PIB影响。结果表明：相对理想系统, 像差会导致聚焦位置处光束展宽, 80%处桶中功率PIB下降明显, 但对应95%能量范围光斑直径在设计值允许范围内, 仍然满足总体使用要求。

根据广义Huygens-Fresnel原理和修正von Karman谱模型，推导得到无线光通信系统中相互独立的部分相干高斯谢尔模型(GSM)阵列光束在大气湍流中传输时的光强分布、均方根束宽和桶中功率解析式，并对不同因素影响下的自耦合特性、光束扩展和桶中功率进行了数值分析。结果表明，部分相干GSM阵列光束在大气传输过程中，当到达某一距离时多束光能合成一个平顶光束，再演变为高斯光束，且阵列光束在大气湍流中的自耦合特性比在自由空间中好；湍流外尺度对光强分布、光束扩展影响很小，可以忽略；部分相干GSM阵列光束与部分相干单GSM光束相比，具有更强的抑制湍流特性，有利于实现远距离通信。

当激光在大气传输时，会引起光束的抖动、光束扩展和漂移等大气湍流效应，这严重影响了激光传输的效能。根据波动光学理论，建立了不同波束激光在大气湍流传输的数学模型，采用龙哥库塔法编写了四维程序。数值结果表明：大气湍流效应会造成激光光束的相位起伏变大，光束的聚焦能力减弱，光斑会发生分裂；相比高斯光束，矩形光束可大大减弱湍流效应。

相干合束是获得高功率、高光束质量激光的一种重要方法.为了分析光纤激光合束的特点,通过对相干合束不同传输距离光强分布特点的模拟对比,研究了光纤激光阵列结构、相位随机抖动、光纤间距、传输距离等因素对相干合成的影响,分析了相干合成时桶中功率随传输距离的变化.结果表明,相干合成时,不同光纤激光阵列结构在传输距离较近位置光强分布差别很大;随着传输距离增加,光强分布基本都接近高斯分布;轴上点光强分布极大值个数和阵列结构环数紧密联系;各光束之间的随机相位差越小,相干合成效果越好.这些结果对光纤激光相干和束的实验研究有一定的参考价值.

根据夫琅和费衍射理论，建立了四路激光相干合成模型，研究了不同占空比条件下倾斜相差对激光相干合成效果的影响。通过欧拉旋转变换，将各子光束的倾斜角度转换成相应的倾斜相差引入到光束合成模型中。仿真计算了不同占空比、不同倾斜角度情况下合成光束在远场的光强分布，分析了占空比、倾斜角度对远场光强分布的影响。仿真结果表明，随着子光束倾斜角度的增大，远场艾里斑内的光强逐渐减小，合成效果变差。仿真计算了不同占空比条件下桶中功率(PIB)和β因子随倾斜角度的变化关系。仿真结果表明，随着子光束倾斜角度的增大，PIB和β因子两个评价指标均逐渐变差。为了达到一定的评价指标要求，必须利用快反镜等校正器件将各子光束的倾斜角度减小到一定的范围之内。

基于Marcatili近似理论，给出了一种矩形光波导Ey00模模场的近似表达，根据平面波角谱理论，推导出了矩形光波导Ey00模衍射场的空间频谱表达式，探讨了其x轴方向上的空间频谱分布特性，分析了矩形光波导Ey00模在x，y轴方向上的光传输因子M2，并采用方形桶桶中功率对矩形波导Ey00模空间频率半宽度进行数值分析，得到了由方形桶桶中功率定义的矩形光波导Ey00模空间频率半宽度随归一化频率变化的关系曲线。

基于瑞利-索末菲衍射积分公式，推导出截断非傍轴双曲余弦-高斯光束在自由空间传输的解析表示式，分析了一些特例，并引入非傍轴范畴的桶中功率概念，用以描述非傍轴光束的远场光束质量。结果表明: 截断非傍轴双曲余弦-高斯光束的光强和桶中功率不仅与束腰宽度与波长之比、偏心参数及截断参数有关，而且桶中功率还与桶的尺寸有关。在一定的范围内，较大的束腰宽度与波长之比, 截断参数和较小的偏心参数使光束有更好的聚焦特性，表现出更好的光束质量。

基于广义惠更斯菲涅耳原理, 推导了贝塞尔高斯涡旋光束在湍流大气中传输时系统平均光强的解析表达式, 研究了贝塞尔高斯空心涡旋光束在湍流大气中的光强传输特性, 同时分析了大气湍流的强弱、涡旋光束的拓扑荷等对光束质量的影响. 结果表明: 贝塞尔高斯涡旋光束在大气湍流中传输时, 光强分布经历几个连续的变化, 相位奇异性也会在传输过程中消失, 该过程与涡旋光束拓扑荷的数目、光束的束腰宽度以及大气湍流的强弱等因素密切相关. 拓扑荷数目高的涡旋光束在湍流大气中传输时, 其奇异性的保持较拓扑荷数目低的涡旋光束要好. 另外, 基于桶中功率理论, 分析研究了涡旋光束的拓扑荷数目、大气湍流强弱和束腰宽度对贝塞尔高斯涡旋光束在大气湍流中传输时的光束质量的影响.

多路激光束合成是获得高功率和高能量激光输出的有效途径,因此,多年来光束合成方法和技术得 到了广泛的关注和深入研究。近年来,随着空间光通信和激光传播工程等应用需求的发展,合成光束 在湍流大气中的传播过程及其规律研究也逐渐成为光传播研究领域的热点问题。针对多种典型激光阵 列合成光束,首先对比分析了广义Huygens-Fresnel原理、Rytov微扰近似以及随机相位屏数值模拟等 方法在激光阵列合成光束大气传输研究中的应用;其次,阐述了合成光束传播应用研究中的桶中功 率、衍射极限倍数β、M2因子、光束传输因子等光束质量评价因子的评价作用; 最后,根据阵列合成激光束的研究现状和成果,提出了应进一步深入研究的问题。