高能激光器性能直接决定了激光定向能的毁伤能力和打击射程，为此美国相继启动多项计划，以研制出高功率、高效、紧凑、轻量化，用于战场的坚固型激光器。2019年，启动了激光器定标放大计划（high energy laser scaling initiative，HELSI），制定出最新的国家级激光放大路线图。首先介绍美国HELSI计划的启动背景、研究内容和实施阶段，其次分析HELSI计划第一阶段300 kW的研究进展，最后评述HELSI计划进展的后续影响。综合分析可知，目前洛·马公司的光谱合成光纤激光器技术在第一阶段率先胜出，不仅获得陆军300 kW作战光源的订单，而且还首先获得HELSI计划第二阶段500 kW的研制合同；HELSI计划的进展，使导弹防御局（missile defense agency，MDA）重新重视用于拦截助推段弹道导弹的定向能**；HELSI计划支持了4种技术路线进行竞争发展，不过未来何种技术路线会最终胜出并部署在战场上，还需要加强先期论证，突破“技术迷雾”。

通过光纤激光光谱合成技术，可以打破单个光纤激光器输出功率受非线性因素制约的限制，实现更高功率的激光输出。通过梳理光谱合成技术的发展历程并分析其现状，对其原理及优劣势进行分析，结合自身研究，设计了一款便携式3路合成系统，通过设计及优化光纤激光器的放大结构，严格把控参与合束的子束光源的质量，将1055、1070和1085 nm三路高功率窄线宽光纤激光进行合束，对合成系统中采用的双色镜进行研究，对其膜系指标进行严格的设计，对高陡度截止滤光膜的设计方法以及制备工艺进行分析，对其热损伤规律及控制技术进行研究，优化整个合成系统，最终实现合成功率9650 W的高功率激光输出，合成效率92%，光束质量M²为1.7，并对未来双色镜光谱合成进行了展望。

基于双色镜的光谱合成技术可突破单个光纤激光器输出功率极限的限制，是获得高功率、高光束质量激光输出的有效技术手段。理论上，初步探究了参与合成的光束位置偏移及倾斜误差对合成光束质量的影响，结果表明光束倾斜误差对合成系统的输出特性影响显著。实验上，开展了两路窄线宽光纤激光器的合成实验，使用双色镜作为合成元件，获得了最大输出功率为2355 W的高光束质量共孔径合成输出，光束质量M²为1.9，合成效率大于99%，实验验证了双色镜在反射和透射情况下具有较高的效率。通过进一步提高单路光纤激光的输出功率或增加合成路数，可以实现更高功率和更好光束质量的共孔径激光输出。

光谱合成技术利用色散元件或双色元件，使多路不同波长的激光在近场和远场同时实现空间重叠，合成至单一孔径输出的激光，是实现高功率、高光束质量激光输出的技术途径之一，受到了研究者的极大关注。特别在近十年来，随着光栅等合成元件性能的不断改善，高功率高光束质量的光谱合成激光输出在工业、**等领域发挥了重要作用，有着广泛的应用前景。文中对半导体激光器和光纤激光器两种典型激光工作介质进行归类，梳理并回顾了光谱合成技术的发展历程，综述了当前高功率光谱合成技术的主流方案与国内外研究现状。此外，结合笔者所在课题组在光谱合成方面的研究工作，展示了光谱合成技术近年的发展态势，并展望了光谱合成技术的未来发展方向。

分析了基于锥面衍射的双光栅光谱合成系统的可行性，设计了激光入射角为Littrow角附近的双多层介质膜（MLD）光栅光谱合成系统，开展了两路合成实验。当入射极角等于自准直入射角，入射方位角为6°时，光栅衍射效率近似等于光束自准直入射时的衍射效率。基于锥面衍射原理，对中心波长为1050.24 nm和1064.33 nm的两束光纤激光子束进行合成，入射极角为43.99°，测得合成效率为92.9%，较基于非锥面衍射的双光栅光谱合成系统的合成效率提高了8.8%；测得合成光斑光束质量M_x²＝1.204，M_y²＝1.467，与基于非锥面衍射的双光栅光谱合成系统输出光斑光束质量基本一致。

对多种全固态激光中的光谱合成技术进行了探讨和研究，包括光纤激光、Yb:YAG板条激光和半导体激光。对于光纤激光，探讨了基于单个多层介质膜（MLD）光栅、一对MLD光栅、多个体布拉格光栅三种衍射光学元件的光谱合成技术中色散造成的光束质量退化问题，指出子束光谱线型的二阶矩全宽决定了光束质量的退化量，但所允许的光谱宽度又依赖于具体的技术选择途径。进而比较了三种光谱合成方案的优缺点。对于固体激光，实验演示了基于Yb:YAG晶体的板条激光实现光谱合成的原理可行性。通过设计一个基于MLD光栅的振荡器内的光谱合成装置，实现了7束子激光最高241 W的光谱合成输出，合成后光束质量β因子约4.1，表明大功率Yb:YAG板条激光具有通过光谱合束技术实现功率进一步提升的潜力。对于半导体激光，提出并设计了大模场外腔半导体激光+快轴光谱合成的技术。实验演示了9个1 mm宽LD芯片沿快轴方向的光谱合成，用β因子评价合成后的光束质量，在慢轴方向β≈6.3，在快轴方向β≈1.6，表明快轴光谱合成造成的光束质量退化是完全可控的。