为了研究光纤激光的非相干合成特性, 建立了圆环状排布的光纤激光阵列光束合成模型, 模拟分析了单元光束束腰半径w0、波前畸变和光束间距对非相干及相干合成远场光束质量的影响。讨论了多路激光平行性对非相干合成效果的影响, 并进行了相关实验验证。结果表明,单元光束无波前畸变时, 当光束间距为d0=2.8w0时, 非相干与相干合成光束质量相等; 单元光束存在波前畸变时, 光束间距有所减小, 这是因为波前畸变对非相干合成影响更小; 对于非相干合成, 随着多路激光之间不平行度的增大, 非相干合成光束质量逐渐变差, 并且单元光束质量越好, 对多路激光平行性要求越高。该研究可为实际光纤激光合成系统设计分析提供参考。

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。

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。

综述了现有的3类激光光束质量评价方法, 即近场质量、远场质量和传输质量。主要的评价参数包括近场调制度和对比度、聚焦光斑尺寸、远场发散角、衍射极限倍数β因子、斯特列尔比、环围能量比以及M2因子等。讨论了它们各自的适用范围、优点和局限性。提出了采用M2因子矩阵以表述光束的像散特性, 给出了M2因子的不变量。

分析了理想无波像差条件下和有随机波像差条件下光束漂移误差与长曝光光斑光束质量β因子的关系,得出光束漂移误差与长曝光光斑的光束质量β因子的关系。理论分析和数值仿真结果显示,光束漂移误差对长曝光光斑的光束质量β因子的影响与无光束漂移误差时系统初始光束质量无关,而与光束质量β因子的评价标准和光学系统中心遮拦比有关。分析了实际应用场景下对光束漂移误差的要求,指出对长曝光光斑光束质量的要求越高,允许的光束漂移误差越小。

探讨了一种评价高能非稳腔激光器光束质量的方法,对其定义、测量及物理意义作了说明和解释。