功率合束器能获得高功率的激光输出, 而选择超连续谱激光作为输入光源能获得宽光谱, 两者结合的宽谱功率合束器是目前的一个研究热点。文中数值模拟分析了基于超连续谱光源非相干功率合束的3×1宽谱功率合束器。对比分析不同波长合束后传输效率、光束质量的变化。通过对比分析不同波长的仿真结果, 评价该种结构的3×1宽谱功率合束器对宽谱光源的合束效果, 以期对光纤宽谱功率合束器的制作和使用提供参考。

利用功率谱反演加次谐波的方法模拟产生了符合Kolmogorov统计规律的大气湍流畸变波前相位屏, 重点分析了所生成的相位屏在旋转使用情形下的统计特性, 为后续的相位屏旋转应用实验奠定了理论基础。通过子相位屏组相位结构函数及大气相干长度数值模拟结果与理论值的对比, 对子相位屏组的统计特性进行了验证, 并对模拟结果与理论值存在的差异进行了分析。结果表明, 用功率谱反演加次谐波方法得到的随机相位屏是正确的, 在旋转使用情形下, 子相位屏组的相位结构函数与理论结果整体符合, 但低频成分仍存在较大的偏差, 其大气相干长度模拟计算结果较设计值偏大。

基于标量衍射理论建立了光谱色散平滑（SSD)、随机相位板（RPP）和偏振匀滑（PS）联用的光束匀滑方案数值仿真模型。以斑纹对比度和偏振度为主要评价参量，利用该模型研究了径向偏振调制的匀滑及消偏振特性。研究表明，径向偏振调制可以有效降低聚焦光斑斑纹对比度和偏振度。使用半波片拼接方式产生近似径向偏振光时，拼接单元数对匀滑及偏振特性影响较小，8片拼接的匀滑效果已与理想径向偏振光几乎一致。对比分析了径向偏振调制、正交偏振调制和双折射楔三种PS方式，结果表明，由于三种PS方式本质上的一致性，光束的匀滑及偏振特性差别较小。

研究了在非科尔莫哥罗夫湍流下，超连续谱光源的水平传输特性。将超连续谱视为多个窄带光谱分量的叠加。利用互谱密度方法，考虑大气衰减的影响，计算了在不同的湍流内外尺度下,光源的束宽和传输效率随非科尔莫哥罗夫谱α参数的变化关系；以及在不同湍流强度下，束宽和传输效率随光束质量的变化关系。分析结果表明：α参数和湍流的内外尺度会对超连续谱光源的传输特性产生影响。湍流会影响光束束宽，并降低光传输效率；当超连续谱光源的光谱分量为高斯基模时，湍流对其传输特性的影响尤为强烈；而当光谱分量为高阶模时，湍流带来的影响变弱，衍射成为影响传输效率的主要因素。

调整相干光束阵列中单元光束的线偏振方向可以得到近似的径向偏振光，但其特性与理想的径向偏振光存在差异。基于Richards-Wolf矢量衍射积分理论，利用数值方法对径向偏振相干光束阵列的深聚焦场进行了分析。研究了实际应用中较为关注的主要参数，即焦面上轴向偏振场及总场主瓣宽度、轴向偏振场的纯净度及产生效率。结果表明，与理想径向偏振光不同，径向偏振相干光束阵列的深聚焦场在焦面上会出现角向偏振分量。采用单环排布并使光束紧贴透镜瞳面边缘,可以产生质量更好的轴向偏振场。对于单环排布阵列，增多光束数目对轴向偏振场及总场主瓣宽度、轴向偏振场的纯度影响不大，但可以提高轴向偏振场的生成效率。

建立了高功率光纤非相干合成光束在湍流大气中的传输模型。综合考虑了准直系统、对准误差、光束抖动和大气湍流的影响，分析了单模、多模光纤光束非相干合成系统的传输特性。理论计算表明，在准直系统设计为最佳值时，功率为10 kW的单模激光由准直系统导致的光束质量退化率约为10%，而光束质量M2因子为13、功率为30 kW的多模激光，其光束质量退化率约为1%。对于数目都为六束，总功率分别为60 kW、180 kW的单模、多模光纤光束组成的非相干合成系统，在倾斜误差没有校正时，单模光束阵列较多模光束的传输特性优势随湍流强度的增大而降低。在传输距离为5~15 km时，单模光束阵列倾斜误差完全校正时的到靶光强是无校正时的1.32倍左右，而多模光束阵列的到靶光强变化不明显。

进行了六路100 W量级光纤非相干合成光束在实际大气湍流中的传输实验,将六路光斑直径为9 mm的单模光纤光束分别扩束，扩束后的光斑直径为90 mm。基于倾斜镜的合束系统来控制各路光束的指向，在不同强度的湍流条件中，通过主镜口径为440 mm的发射系统水平聚焦传输至470 m处。倾斜控制系统闭环工作时，一倍衍射极限内的桶中功率占目标处总功率的比值是开环工作时的1.7倍左右，随着大气湍流的强度变弱，此比值变大。

利用两种不同大气湍流结构常数模型，讨论了不同高度的湍流对大气湍流光学参数的影响。通过理论计算得出：相干长度和对数振幅起伏方差主要由低层大气湍流决定，而等晕角、倾斜等晕角、格林伍德频率和泰勒频率由对流层顶附近的高层湍流决定。分析了垂直高度30 km以下的3部分大气湍流对等晕角的贡献比例，在给定的不同强度湍流下，对流层顶附近的高层大气湍流贡献比例都大于25％，而低层大气湍流的贡献比例都小于3％。

相比单束光，阵列光束由于各光束之间互不相干，可以减小大气湍流引起的接收光强起伏。特别在激光照明和通信等应用场合中，非相干合成光束可以明显提高照明均匀性和减小通信误码率。简要介绍了相干合成阵列光束在湍流大气中传输的光强闪烁研究进展。针对非相干合成阵列光束在减小光强闪烁的优势，回顾了非相干合成阵列光束在激光主动照明、星地激光大气通信方面的实验研究结果；详细总结了子光束为不同类型的非相干合成阵列光束的理论研究方法和结果，包括不同波长光、基模高斯光、部分相干高斯光和艾里光。实际中子光束一般为部分相干光，它们互相之间存在相干性。提出了下一步应深入开展研究的问题为阵列光束大气的光强闪烁。

搭建了输出1535 nm激光的铒镱共掺光纤放大器，通过注入1064 nm信号光以抑制Yb离子波段处的放大自发辐射光，放大后的1535 nm最大功率为3.2 W。然后利用1535 nm激光进行了1570 nm种子光纤芯同带抽运铒镱共掺光纤放大实验，研究了在不同功率的抽运光时放大器的输出功率和光谱。当种子光功率为80 mW，铒镱共掺光纤长度为5 m，1535 nm抽运光为2.1 W时，放大器最大输出功率为1.22 W，斜率效率为58.4%。同时进行了常规的976 nm包层抽运1570 nm种子光的对比实验。基于同一种子光和相同长度的增益光纤，常规抽运方式的斜率效率为23.7%。实验结果证明了同带抽运方式具有更高的转换效率。