针对多级合成结构, 分析了几个主要误差对偏振合成效率的影响, 具体计算了合成效率随直径偏差、功率失衡、偏振度的变化规律。数值模拟结果表明, 当两束光直径与功率完全相同时具有最大的合成效率, 随着两束光直径和功率的偏差增大合成效率都会降低, 相对而言合成效率对功率失衡的容差更大, 当功率失衡为10%时, 合成效率下降0.06%。结果表明I型结构具备向多链路拓展的可行性。

为了进一步提高相干偏振合成的效率, 采用数值模拟方式, 对偏振误差的影响及系统的拓展性进行了分析, 并计算了偏振误差在3种不同拓展结构下对相干偏振合成效率的影响。当偏振合束器的透过率和反射率分别是96%和99.5%、半波片的透过率是99.7%时, Y型结构16路光束的整体合成效率会在偏振误差增大到0.03rad时下降0.33%; 随着合成路数的增大, 合成效率逐渐降低, 当光束拓展至128路时, Y型结构的合成效率将下降至83%。结果表明, 光功率相对平衡的Y型结构具有最高的合成效率, 同时受偏振误差的影响最小。该研究确定了系统的最佳合成方案, 为基于相干偏振合成的效率分析提供了参考。

激光偏振合束是提升窄线宽光纤激光亮度的重要技术, 能实现多路激光的共孔径合束输出, 同时维持较高的光束质量和线偏振态。文中探索和研究了基于线性锁相技术的合束激光偏振控制系统, 详细分析和建立了光零差偏振检测物理模型和线性锁相控制环路的数学模型。利用高精度的光零差技术对合束激光的偏振相位进行检测, 并通过快速实时反馈进行激光锁相, 获得了输出功率为279 mW的线偏振态激光。锁相控制后, 合束激光的偏振消光比达到19.3 dB, 控制带宽高达39.6 kHz, 剩余相位噪声为7×10-4 rad/S(1 Hz)和3×10-4 rad/S。当提高激光输出总功率达1 W时, 偏振消光比维持在~15 dB, 其限制因素在于光功率波动引入的相位噪声和光斑空间模式不匹配。

开展了双光束中红外光学参量振荡器（OPO）的偏振合成实验研究，数值分析讨论了偏振合成过程中单元光束束腰半径和系统低阶像差对合成光光束质量的影响。在此基础上，最终实现了10 W 3.78 μm中红外激光的稳定输出。与此同时，利用刀口法对偏振合成前后单元光束及合成光束的光束质量分别进行了测量。结果表明：合成光光束质量达到1.2。

提出了一种全光纤光程差自适应控制方法，并成功应用于飞秒光纤激光相干偏振合成系统。建立的光程差自适应控制系统以现场可编程门阵列（FPGA）控制电路为硬件基础，基于爬山法设计了有效的控制算法，成功解决了光程差自适应控制与锁相控制相互干扰的问题。实验结果表明，系统可以完全补偿±60λ范围内的光程差漂移，具有良好的连续工作稳定性，可以满足飞秒光纤激光相干偏振合成系统中光程差自适应控制的要求。

基于主动锁相相干偏振合成系统实现了四路500 W级全光纤窄线宽保偏放大器的共孔径合成输出。当相位控制系统处于闭环状态时,整个合成系统的输出功率达2164 W,合成效率为94.5%。实验中,随着功率的提升,合成效率未发生明显退化。这是目前相干偏振合成系统的最高输出功率。

为了解决高功率线偏振激光器实现难度较大的问题，基于锥棱镜和波片组合设计了一套高效末端偏振转换系统，能够实时将自然偏振激光转变成为线偏振激光。能量转换效率达到97.3%，消光比由18.3%提升到了99%，同时保持了较好的远场发散角。实验证明此种偏振转换方案不会影响激光器本身结构，控制方法简单，无需外加反馈及控制系统，性能稳定可靠，完全可以应用于高功率水平激光器的偏振转换工作。

基于偏振合成技术,以提高系统的合成效率为目的,针对合束过程中存在的几种主要系统误差进行了系统分析和定量计算.结果表明,相对于重叠误差、角度倾斜和偏振合束器的吸收损耗而言,半波片的调整误差是导致合成效率下降的主要因素,尤其是在系统向多路合成拓展时,其影响更加显著.若偏振合束器自身损耗为0.015,光束倾斜角为2°,重叠误差为5%,则16路光束的偏振合成效率仍高于92.5%;当半波片方位角出现0.045 rad的偏差时,即使不考虑其他误差,系统合成效率低于74%.

激光相干偏振光束合成是近几年光束合成领域的热点。综述了国内外关于相干偏振光束合成的研究方案，对几种典型的方案进行了分析和评价。研究表明，基于主振荡功率放大(MOPA)结构的相干偏振光束合成方案有同时获得大功率、高光束质量的可行性，并且易于扩展。