In order to realize the diagnostics for synchronization of multi-ultrashort pulses, a method to diagnose the synchronization of multi-ultrashort pulses is provided and tested. Taking two beams of picoseconds ultrashort pulses for example, the time division multiplexing method is used. Based on the cross-correlation method, the time synchronization between these two pulses is realized at first. Then, the phase difference of the beams within the range of time synchronization is adjusted. By monitoring the focal spot on far- field can implement the phase synchronization of two pulses. In this scheme, the regulation precision of temporal synchronization and phase synchronization is 6.7 fs and 0.007 π, respectively. The adjustable range of temporal and phase module is 333 ps and 150 π, respectively. The experimental results show that by using this diagnostics scheme the diagnostics for synchronization between two ultrashort pulses can realized.

为实现多束超短脉冲束间同步状态的诊断，提出并验证了一种用于多束超短脉冲相干合成的束间同步诊断技术方案。以两束皮秒量级的超短脉冲为例，采用了时分复用的方法。首先，基于互相关的方法来实现两束超短脉冲之间的时间同步，然后在时间同步范围内，通过调节光束之间的相位差，并同步监测远场上焦斑干涉图样的变化来实现两束超短脉冲之间的相位同步。在该方案中，时间同步调节模块的调节精度为6.7 fs，调节范围为333 ps；相位同步调节模块的调节精度为0.007 π，调节范围为150 π。实验结果表明，基于该诊断技术方案，能够实现两束超短脉冲间的束间同步状态的诊断。

利用二维4路光纤激光环形腔被动锁相相干组束实验平台，对被动相干组束系统的光束质量进行了研究。以衍射极限倍数β因子作为光束质量的评价方法，理论分析了光束占空比以及不同锁相模式对β因子的影响，实验测量了对应不同输出功率水平的β因子。结果表明，虽然β因子可以在一定程度上反映出不同实验条件下光束质量的差异，但是由于β因子的测量核心是确定出焦平面处83.8%环围能量（功率）比的桶尺寸，不能反映相干组束远场光斑的特点，不适合用于评价被动相干组束系统的光束质量。比较分析了β因子与光束质量，光束质量能更好地反映出相干组束的特点。

对高功率光纤激光的被动相干组束技术进行了理论和实验研究。介绍了几种典型的被动相干组束技术，并对其功率可提升性进行了分析。详细报道了课题组在光反馈环形腔结构光纤激光相干组束方面的研究进展，研究分析了该相干组束技术的输出光谱特性和路数可提升性，建立了4路和8路高功率光纤放大器的相干组束系统，并分别实现了1062和1090 W的相干耦合激光输出。

随着光纤激光器的激光输出功率及光束质量的不断提高，大功率光纤激光器的应用领域不断拓展。组束技术是提高光纤激光器输出功率的有效方法。分析了非相干组束和相干组束的理论，并进行数值仿真。综述相干组束技术的最新发展，对光纤激光器相干组束的研究具有参考价值。

以光束质量(BQ)作为二维激光相干组束系统输出激光光束质量的评价因子，对相干组束系统的光束质量进行了实验研究。利用光反馈环形腔被动相位锁定技术，搭建了二维4路光纤激光相干组束的实验平台，实现了4路光纤激光的相干组束。当选取理想光束口径为近场子光束外切圆直径时，以圆形平顶光束或高斯光束作为理想光束模型，对应不同的远场光斑桶尺寸，分别进行了BQ测量。结果表明，BQ定义中理想光束模型的选择对BQ影响较小，而远场光斑桶尺寸的选取对BQ影响较大。对于不同相干组束系统的BQ评价，需要在明确BQ定义的情况下进行。

根据实现快点火激光的预估参数要求，分析了非相干组束和相干组束是否可满足快点火所需的激光功率密度和能量。引入与实际情况相当的畸变波前分析远场焦斑，为了满足能量要求非相干组束需要组合更多的光束，并改进驱动器的稳定性将角漂控制在±2 μrad范围内；相干组束可获得更小的焦斑有利于提高功率密度，同时可降低对能量的要求，但仅对单路光分别进行波前补偿并不能提高能量集中度，需要引入复杂的监测和控制设备对整个通光孔径内的波前(包括束内和束间)进行全局控制。基于目前提出的参数要求和波前校正能力，非相干合成更易实现快点火，但相干合成则具有更广泛的应用潜力。

对基于环形腔光反馈的光纤激光被动锁相技术进行了理论和实验研究。建立了一维三路光纤激光阵列的相干组束实验装置, 实现了三束光纤激光的相位锁定, 观测到稳定的干涉图样。研究了光束占空比对远场光斑的影响, 分析了影响腔内损耗的主要因素。观测到相干耦合输出光谱中所存在的多波长峰值随机出现的现象, 通过采用窄带宽滤光片, 可以限制相干耦合输出的光谱范围, 但上述现象仍然存在。从理论上对被动锁相技术中所存在的这种波长随机现象进行了分析和解释。

对基于空间滤波原理的光反馈环形腔光纤激光阵列的被动相干组束技术进行了实验研究。采用自行研制的四路保偏掺镱光纤放大器,建立了二维光纤激光相干组束实验系统,通过同相信号光的有效反馈,实现了各路放大激光的同相输出,获得了稳定的二维远场相干图样,相干对比度达91.7%,相干耦合效率为94.5%。并观测到被动锁相时的多纵模相干输出现象。

We experimentally demonstrate the phase locking of a two-dimensional (2D) array of four fiber lasers using an improved self-imaging resonator with a spatial filter. The high visibility interference round stripes of the coherent beam profile are observed. The coherent output power of the fiber array exceeds 134 W. The entire system operates quite stably, and no thermal effects observe in the spatial filter, indicating that the coherent output power can be increased using this method.