由于高功率半导体激光器具有能量转换效率高、稳定性好、工作寿命长、体积小等优异的特性, 已经被广泛地用于固态激光器泵浦源、金属表面改性、焊接加工等领域。本文对传统的单光栅光谱合束结构进行改进, 提出并设计了一种基于平行光栅-反射镜对结构的光谱合束系统。通过后置一个与透射光栅平行的全反镜让合束光束两次透过光栅进行衍射, 实现了合束单元间光谱间隔的压缩。搭建了半导体激光器外腔光谱合束实验平台, 将单光栅合束结构与平行光栅-反射镜对合束结构二者的输出光谱进行对比。在相同系统参数的情况下, 一个3管阵列与一个5管阵列在单光栅光谱合束结构下的光谱间隔分别为4.36 nm与4.69 nm, 而同样的阵列在平行光栅反射镜对的结构下测量的光谱间隔分别为2.15 nm与2.35 nm, 验证了平行光栅与反射镜对的结构相较于传统结构能够实现光谱间隔压缩一半, 可以在相同输出谱线宽度的范围内成倍增加发射单元的数量, 大大提高输出功率密度。

采用达布变换法得到了标准非线性薛定谔方程的一阶呼吸子解及其怪波极限,研究了一阶呼吸子解的动力学特性。借助达布变换的递推关系得到了非线性薛定谔方程的高阶呼吸子解,并分别研究了碰撞叠加、分离、简并和并行传输模式。当各呼吸子的频率趋于零时,得到非线性薛定谔方程怪波极限。研究结果表明,怪波幅值、凸起数以及怪波分裂后中心波峰的阶数和周围的波峰个数均与怪波阶数有关。

从傅里叶变换光学的相关理论出发，提出了一种适合提高平行发射方式下的相干合成效率的方法。并依据激光光学的知识，通过数值模拟计算该方法对激光相干合成效率的影响。以平行发射系统和透镜系统作参考，发现对各光束赋初始相位的方法可以提高平行发射系统的合成效率，并且其极限值为对应透镜系统的合成效率。不同的赋初始相位值对合成效率的影响结果各不相同，通过对比，找到了最好的赋初始相位值方案。