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。

以19路、127路和919路激光相干阵列为模型，通过倾斜波前调控技术对阵列光场的子阵元施加倾斜相位控制，对倾斜可控阵列光场的大角度二维扫描特性进行了理论和实验研究。结果表明，所提出的方法可实现大视场范围内任意位置的单点扫描，同时得到能量分布均匀的二维连续扫描路径，实现特殊光场图案定制。此外，该方法具有扫描范围不受限制、扫描模式准连续以及衍射效率高等特点，在提升输出功率和扫描精度等方面具有优势。

提高半导体激光器的输出功率及电光转换效率一直是国内外的研究热点。本文针对应用在低温环境下的半导体激光器，优化其外延结构中波导层的材料组分，有效降低了器件的串联电阻，使其在低温环境中有更好的性能表现。制备了腔长为2.5 mm的940 nm半导体激光阵列(巴条)，并在－65～5 ℃的温度范围内对其进行性能表征。对比波导层优化前后两种结构的低温特性，结果显示，优化后的外延结构在低温下的性能大幅提升。由于低电阻特性，优化后的外延结构在－65 ℃、占空比为8%(200 μs，400 Hz)的准连续条件下的最大电光转换效率高达82.3%，远高于结构优化前的78.5%，而且其在1000 W输出功率下的电光转换效率为71.3%。

针对结构光测量系统直接标定法存在的物像映射模型全局适用性差问题，提出了一种基于畸变模型的分区域标定方法。首先，用张正友平面标定法则估计相机的线性成像投影矩阵。然后，将该矩阵作为初值，通过最小二乘法求解相机的畸变参数。最后，根据畸变偏移矢量分布规律划分出图像子区间并进行标定。在相同场景中的实验结果表明，相比全局直接标定方法，本方法在X方向和Y方向的标定精度分别提升了37.40%和56.20%，在结构光测量领域具有广泛的适用性。

为了解决阵列中每个发光点性能分布不均的问题，研究了微通道水冷封装的960 nm半导体激光器阵列，阵列包含38个发光点，腔长为2 mm，在驱动电流为600 A、占空比为10%的条件下，输出的峰值功率达到665.6 W，电光转换效率为63.8%，中心波长为959.5 nm.通过对应力的理论分析，给出了各个发光点应变的表达式；通过搭建单点测试系统获得阵列中每个发光点的阈值电流、斜率效率、光谱和功率等光电特性；结合应变理论分析可知，器件中发光点的性能与应变大小和类型密切相关，压应变会导致器件波长蓝移、阈值电流降低、功率和斜率效率升高，张应变会导致波长红移、阈值电流升高、功率和斜率效率降低.研究表明，影响器件内部发光点的性能不仅与热效应有关，而且与封装后残余的应变密切相关，通过应力的分布可以预测阵列性能的变化规律，可为高峰值功率、高可靠性的半导体激光阵列的研制提供参考.

高峰值功率半导体激光阵列在高温工作条件中的应用需求日益凸显，本文以微通道封装的高峰值功率960 nm半导体激光阵列为研究对象，通过精密控温系统测试了其在10~80 ℃范围内峰值功率、电光转换效率、工作电压和光谱等一系列光电特性，结合理论分析，给出不同温度下电光转化效率的能量损耗分布。结果表明，工作温度从10 ℃升高到80 ℃后，电光转化效率从63.95%下降到47.68%，其中载流子泄漏损耗占比从1.93%上升到14.85%，是导致电光转换效率下降的主要因素。该研究对高峰值功率半导体激光器阵列在高温应用和激光芯片设计方面具有重要的指导意义。

多孔径激光阵列相干合束是获得高功率、高亮度激光束的有效方法。为了设计更有效的多孔径激光阵列相干合成系统, 主要分析了三光束“品”字形、七光束六角形、十九光束大六角等工程应用中的典型激光阵列排布模式对合成功率的影响, 并基于MATLAB模拟了不同阵列排布情况下的激光相干合成情况, 讨论光束排列的位置误差、发射光束光轴角度偏移误差以及各个相干合成阵列激光器之间的活塞相位误差对合成效率的影响。结果表明, 不同的激光阵排布在观察位置处的光强分布差别很大；各光束之间的角度偏差越小, 初始相位差越小, 相干合成的效率越高。这些结果将对于指导设计多孔径激光阵列相干合成系统有重要意义。

激光相干合成技术是目前最常用的实现高功率激光输出的方式, 各路光束间的相位不一致是影响相干合成效果的重要因素。研究了用于控制相位的SPGD算法, 探讨了SPGD算法的参数优化方法, 提出了一种自适应增益策略, 并通过仿真分析了固定增益和自适应增益算法的收敛速度、收敛精度。仿真结果表明, 通过算法参数的优化选取和自适应增益方法, 能够将算法的收敛速度提高12.7%, 收敛精度提高0.23%, 得到了较好的收敛效果。