从理论上分析了抖动法锁相技术中性能评价函数对锁相效果的影响。研究发现，相干合成中获取性能评价函数的针孔光阑大小对锁相效果影响较大，随着针孔尺寸增大，性能评价函数的符号将会改变，取值也会产生较大变化。详细分析了光束阵列占空比、光束数目、单元光束尺寸和波长对最优评价函数的影响。分析表明，光束阵列占空比和阵列光束数目对正值最优评价函数对应的针孔尺寸影响较小，针孔直径取值范围为远场光斑中央主瓣宽度的0.7~0.8，单元光束光斑尺寸和波长不对最优针孔尺寸造成影响。负值最优评价函数对应的针孔尺寸随光束数目的增大近似呈线性增大趋势，占空比对其影响较小。

对目标在回路(TIL)光纤激光阵列自适应锁相技术开展了理论与实验研究。介绍了目标在回路自适应锁相光纤激光阵列的基本结构和单抖动法的基本原理。搭建了两路高功率光纤放大器，利用信号处理器执行单抖动算法，实时控制光束的相位，实现了两路10 W级光纤放大器的目标在回路自适应相位锁定。实验结果表明，目标在回路自适应锁相光学系统能够有效控制光纤激光的相位噪声，实现阵列光束的相位锁定，光斑对比度可提高到73%。

We measure the phase fluctuation in a high-power fiber amplifier using a multi-dithering technique. Its fluctuation property is qualitatively analyzed by the power spectral density and integrated spectral density. Low frequency fluctuations caused by the environment are dominant in the phase fluctuations in an amplifier, whereas the high frequency components related to laser power affect the control bandwidth. The bandwidth requirement of the active phase-locking is calculated to be 300 Hz, 670 Hz, 1.6 kHz, and 3.9 kHz under the output power of 25, 55, 125, and 180 W, respectively. The approximately linear relationship between the control bandwidth and laser power needs to be further investigated.

采用自行设计的基于大规模可编程门阵列(FPGA)结构的控制电路, 实现了4路光纤激光的多抖动法相干合成。对大气湍流和机械振动引起的相位噪声进行了有效补偿, 使远场光斑条纹对比度由开环时的0.21提高到了闭环时的0.93, 闭环时远场特定孔径内的能量较开环时提高了3.3倍。该方法还对人为抖动光纤引起的较高频率噪声具有很好的抑制作用, 系统闭环后, 远场光斑条纹对比度可达到0.72。

采用多抖动相位控制方法实现了两路和三路1 W量级光纤放大器的相干合成,对实验结果进行了详细分析。实验中,将种子光源输出激光分为两路(或三路),分别通过光纤放大器进行功率放大,并采用多抖动法实现相干合成。控制系统开环时,远场光斑条纹模糊不清,两路和三路合成时条纹对比度分别为0.19和0.12;系统闭环时,远场光斑条纹清晰可见,对比度提高到0.93和0.81,合成效率分别为80%和77%。此外,对两路和三路的合成效果进行了比较,指出了各路的控制资源对合成效果的影响。

利用多抖动法对强泵浦条件下光纤放大器引入的相位噪声进行了测量。利用功率谱、积分谱对具体泵浦条件下的相位噪声特性进行定性分析,结果表明,泵浦功率越大,高频成分占的比例越大。利用结构函数定量分析相位噪声的变化特性,得出相位噪声控制系统的带宽需求指标。实验测得在71,181和230 W泵浦条件下,所需相位控制系统带宽最小值分别为830 Hz,3.1 kHz和10 kHz。

利用压电陶瓷相位调制器在高功率光纤激光输出端进行相位控制，实现了两路瓦量级光纤激光相干合成。系统闭环时长曝光图样的条纹可见度为98%，峰值强度是开环情形下的1.87倍。

介绍了三种主动相位控制光纤激光相干合成方案,并分别利用这三种方案实现了3路瓦量级光纤放大器的相干合成。根据理论分析和实验研究的结果,对三种方案各自的优缺点进行了比较分析。对光纤激光相干合成在工程实际中面临的一些共性因素的影响进行了简单讨论。

主振荡功率放大器(MOPA)相干合成是实现大数量光纤激光器相干合成的一条有效途径,而相位控制是其中的关键。对MOPA方案的两种相位控制方法——外差探测法和多抖动法进行了比较分析。并在此基础上,提出了一种新的相位控制方法。新方法增加了相干合成的光束数目,降低了实验操作难度。通过Matlab软件仿真表明,采用新方法进行64路光束相干合成时,相位均方根误差小于0.08λ,而使用多抖动法进行30路光束相干合成时,相位均方根误差为0.15λ。

光纤中的受激布里渊散射效应限制了调幅有线电视(AM CATV)外调制传输中的最大注入光功率,这对有线电视传输是不利的,因而必须采取措施抑制。通过对激光器抖动法进行理论分析,导出了激光抖动法提高受激布里渊散射阈值的公式,实验结果和公式计算是一致的。