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固体激光器热效应限制了输出功率的继续提高,为获得更大功率的激光输出,人们提出了多束光叠加办法。从原理上讲光束叠加分为相干合束和非相干合束两大类,非相干合束又可分为光谱合束和偏振合束。偏振合束仅限于两路激光的合束。光谱合束利用色散元件使得各单元光束在近场和远场重叠,该方法由于不需要精确控制相位而倍受关注。本文重点研究了基于PTR光栅光谱合束技术和基于光栅—外腔光谱合束技术,主要研究成果包括如下几个方面:1、分析了影响透射PTR光栅衍射角度选择宽度和波长选择宽度的因素:透射光栅的厚度或空间频率增大时,光栅的角度选择宽度δθmHWFZ和波长选择宽度δλHWFZ随之减小,为保证峰值衍射效率不变,折射率调制度也必须随之改变。从反射光栅出现正负Bragg衍射级次重叠的临界条件入手,得到正负Bragg衍射级次重叠的临界入射角。利用傅立叶变换,建立了非平面光束通过PTR光栅衍射效率模型,对高斯光束和超高斯光束进行了模拟计算,计算结果表明:高斯光束远场发散角越大,横模阶次越高,衍射效率越低,而光束的传播距离对衍射效率没有影响;超高斯光束束腰宽度越大,阶数越低,衍射效率越高。建立了多路光谱合束合束效率计算模型,得到了有无串扰两种情况下合束功率和合束效率的表达式。2、阐述了光栅—外腔光谱合束技术的原理,介绍了目前研究的方向和热点。从平面光栅的特性入手,分析了光栅周期、透镜焦距和激光器阵列位置之间的关系。从衍射积分方程出发,通过光线变换矩阵得到光程函数的各项系数,从而得到耦合效率表达式。利用数值模拟方法得到影响耦合效率的规律:当离轴距离增加、横模阶次增大、模场半径减小、阵列平面或光栅平面偏离焦平面时,耦合效率随之下降;光栅倾角和光栅平面-耦合输出镜距离对耦合效率的影响甚微。对焦距为500mm的对称双球面透镜,长度为10mm二极管激光阵列的系统,快轴方向模场半径应大于0.15mm,慢轴方向模场半径应大于20μm,阵列平面位置应控制在±0.5mm内,光栅平面位置误差应控制在±0.2mm内,单个单元的线宽应在0.1nm内。3、开展了二极管激光光栅—外腔光谱合束实验研究,成功对19单元的LDA实现光谱合束,得到10W的激光输出,光束质量Mx2=17.6,My2=10.8,斜效率为0.45W/A。