激光相干合成技术是在遥感和通信等领域中能够同时提升激光功率和保持光束质量的有效技术。其中填充因子是影响激光相干合成和衡量相干合成阵列的重要因素。然而，它却不是完备的。因此，提出采用平面波前畸变量（PWD）作为评估激光相干合成性能的综合参数，该参数综合考虑了光束质量、阵列对准、元件制造误差以及其他因素。通过理论推导平面波前畸变量的表达式，分析该参数对系统合成效率的影响，进一步的仿真和实验测量结果表明，平面波前畸变量可以用于反映激光相干合成的综合效率高低，与桶中功率呈负相关。研究结果表明波阵面调制相干光束组合技术在多孔径激光阵列相干组合系统的实际应用中具有潜在的科学价值。

根据激光光束质量国际标准，采用光束质量[M2]因子来评价相干阵激光的光束质量，并采用拟合相干阵激光传输双曲线方程的方法计算了相干阵激光在不同波长、子光源半径、占空比、阵列宽度等参数条件下的[M2]值。考虑到采用拟合双曲线方程来计算[M2]值存在较大的误差，同时采用桶中功率比(BQ)对相干阵激光的光束质量进行计算。根据所提出的BQ值与[M2]值的关系式，通过计算BQ值得到相干阵激光在不同参数情况下稳定的[M2]值。计算结果表明，相干阵激光的光束质量接近衍射极限。

以广义惠更斯-菲涅尔衍射理论为基础, 采用Zernike多项式描述像差光束畸变波前相位, 研究超高斯光束因卡式系统加工和装调导致波像差劣化后, 通过传输在远场聚焦性能。分析主次镜系统波像差下降到1/13λ左右时, 对应像散和慧差对聚焦位置处光强分布和光斑桶中功率PIB影响。结果表明：相对理想系统, 像差会导致聚焦位置处光束展宽, 80%处桶中功率PIB下降明显, 但对应95%能量范围光斑直径在设计值允许范围内, 仍然满足总体使用要求。

根据广义Huygens-Fresnel原理和修正von Karman谱模型，推导得到无线光通信系统中相互独立的部分相干高斯谢尔模型(GSM)阵列光束在大气湍流中传输时的光强分布、均方根束宽和桶中功率解析式，并对不同因素影响下的自耦合特性、光束扩展和桶中功率进行了数值分析。结果表明，部分相干GSM阵列光束在大气传输过程中，当到达某一距离时多束光能合成一个平顶光束，再演变为高斯光束，且阵列光束在大气湍流中的自耦合特性比在自由空间中好；湍流外尺度对光强分布、光束扩展影响很小，可以忽略；部分相干GSM阵列光束与部分相干单GSM光束相比，具有更强的抑制湍流特性，有利于实现远距离通信。

用COMSOL对七芯光纤的各个模场进行仿真,发现同相位超模的远场呈现准高斯分布,其发散角最小,具有最好的光束质量。并通过分析各个模式的光束质量因子M2和桶中功率PIB两个参数,再次证明同相位模式具有最好的光束质量。

当激光在大气传输时，会引起光束的抖动、光束扩展和漂移等大气湍流效应，这严重影响了激光传输的效能。根据波动光学理论，建立了不同波束激光在大气湍流传输的数学模型，采用龙哥库塔法编写了四维程序。数值结果表明：大气湍流效应会造成激光光束的相位起伏变大，光束的聚焦能力减弱，光斑会发生分裂；相比高斯光束，矩形光束可大大减弱湍流效应。

从艾里光束的理论基础出发，详细研究了艾里光束的远场传输特性，包括场强分布、光斑直径和桶中功率(Power in the Bucket，PIB)的演化过程。探讨了场强分布随截断因子a和任意横向刻度x₀的变化规律，以及a和x₀对艾里光束保持无衍射性质传输的距离(Distance with Keeping Non-diffraction，DKNd)、演化成类高斯分布的距离(Distance in which the Evolution became similar Guassian，DEG)和自弯曲程度(Self-bending Degree，SbD)的影响。研究发现：场强分布在演化成类高斯分布过程中，DKNd、DEG和SbD都随着x₀的增大而增大，DKNd和DEG随a的增大而减小，a对SbD无影响。研究了艾里光束的光斑直径和PIB的演化规律, 发现在a值不同的情况下，在传输过程中光斑直径先保持不变后增加，PIB先减小后增大，最终等于0.76。

相干合束是获得高功率、高光束质量激光的一种重要方法.为了分析光纤激光合束的特点,通过对相干合束不同传输距离光强分布特点的模拟对比,研究了光纤激光阵列结构、相位随机抖动、光纤间距、传输距离等因素对相干合成的影响,分析了相干合成时桶中功率随传输距离的变化.结果表明,相干合成时,不同光纤激光阵列结构在传输距离较近位置光强分布差别很大;随着传输距离增加,光强分布基本都接近高斯分布;轴上点光强分布极大值个数和阵列结构环数紧密联系;各光束之间的随机相位差越小,相干合成效果越好.这些结果对光纤激光相干和束的实验研究有一定的参考价值.

根据夫琅和费衍射理论，建立了四路激光相干合成模型，研究了不同占空比条件下倾斜相差对激光相干合成效果的影响。通过欧拉旋转变换，将各子光束的倾斜角度转换成相应的倾斜相差引入到光束合成模型中。仿真计算了不同占空比、不同倾斜角度情况下合成光束在远场的光强分布，分析了占空比、倾斜角度对远场光强分布的影响。仿真结果表明，随着子光束倾斜角度的增大，远场艾里斑内的光强逐渐减小，合成效果变差。仿真计算了不同占空比条件下桶中功率(PIB)和β因子随倾斜角度的变化关系。仿真结果表明，随着子光束倾斜角度的增大，PIB和β因子两个评价指标均逐渐变差。为了达到一定的评价指标要求，必须利用快反镜等校正器件将各子光束的倾斜角度减小到一定的范围之内。