报道了一种基于光谱合束的Nd:YAG固体激光器双波长光源。系统由两个固体Nd:YAG脉冲激光器通过光谱合束组合而成，两个固体Nd:YAG脉冲激光器可独立工作，有利于输出脉冲的波长调谐、功率调节和相对延迟调整。通过光栅的色散特性以及输出镜的共同外腔反馈将各个激光器锁定在不同波长， 从而实现合束，获得的激光源中心波长锁定在1061.5 nm和1064.6 nm，两谱线中心间距为3.1 nm，组合光束的输出能量为173 mJ，组合光束的光束质量因子M²为2.8 × 2.2；两个Nd:YAG激光器独立工作的输出能量分别为94 mJ和92 mJ，在合束方向上的光束质量因子M²分别为2.7和2.1，在非合束方向上的光束质量因子M²分别为2.2和1.9；组合光束的输出能量为两个Nd:YAG激光器能量总和的93%，组合光束的光束质量因子与单个Nd:YAG激光束的光束质量因子M²基本相同。该双波长激光源满足波长间隔小、输出功率大小相近、同光轴等要求，在太赫兹波产生、测速激光雷达以及医疗仪器等应用领域具有重要作用。

高功率650~660 nm波段激光器在可见光光电对抗领域具有重要作用，目前该波段光源由固体激光器通过半导体激光器泵浦并倍频输出，输出功率高、光束质量近衍射极限，但转换效率低。半导体激光器的转换效率高，但输出功率低，需要通过增加激光单元的方法提升功率，并通过激光合束的方式提升光束质量。文中提出外腔光谱合束的650 nm波段半导体激光器结构，通过实验验证可实现连续功率为7.3 W、光谱线宽为6.45 nm、电光转换效率为23.4%的650 nm波段激光输出，光束质量为M²_X=1.95，M²_Y=11.11，接近固体激光器，未来通过增加合束的激光单元数量并结合偏振合束可以获得更高功率的650 nm波段激光。

通过小角度V形腔外腔光谱合束将两个808 nm半导体激光器合束，提高半导体激光器的输出功率及光束质量。两个合束单元分别工作在795.8 nm和800.5 nm，将所获光束通过非线性光学方法进行频率转换。外腔光谱合束实现输出功率为6.5 W快慢轴光束质量M²=2.2×18.5的光束输出，所获光束慢轴M²因子相较于自由运转单管激光器提高了30%，外腔光谱合束效率为83%。基于所获光源，实现了半导体激光器小角度V形腔外腔光谱合束和频，获得输出功率为18.3 mW波长为401.0 nm的蓝光输出，和频效率为0.28%。

半导体激光阵列无输出耦合镜外腔光谱合束技术利用光栅的0级和1级衍射光束反馈实现发光单元的波长锁定，避免了0级和1级衍射光束的转储和浪费，可以获得高的合束效率。因此，0级和1级衍射光束的反馈量高低就会决定外腔波长锁定的稳定性，进而影响合束后光束质量的高低甚至光谱合束的成败。针对此种结构，理论研究了两外腔长度、望远镜滤波结构及 "Smile"效应对0级和1级衍射光束反馈效率的影响，结果表明：（1）外腔长度会影响反馈功率以及串扰程度；（2）望远镜滤波结构可以有效滤除大偏角杂散光束以及使光束正确反馈回原发光单元；（3）"Smile"效应的程度对反馈效率以及输出光束质量影响尤为严重，需要采取措施进行抑制。

提出了一种大功率半导体激光器光谱合束光栅仿真模型。该模型针对光谱合束中的核心器件光栅的光-热-应力变化特性进行了分析。数值分析结果表明，当激光巴条功率为200 W，自然对流系数为10 W·(m²·K)⁻¹时，衍射光栅上温度最高点可升高至346.52 K，应力最高点可升高至0.4825 Pa，光栅表面变量最高为52.28 nm/mm，这将会使得反馈光束中心位置发生0.25～0.3 mm的偏移，从而影响激光功率以及合束效率。减少衍射光栅基底厚度，在相同激光光源条件下工作，温度、应力、面形以及应变的变化均能有效抑制，这与实验结果具有较高的一致性。该方法为大功率半导体激光器的结构设计和光学器件的测试分析提供了有效的多物理场分析，为激光器设计和测试提供了综合分析数值模型。