脉冲光纤激光系统的除了具有光束质量好、转换效率高、热管理方便、结构紧凑等优势之外,还有脉冲峰值功率高、单脉冲能量大、可调范围广、光谱范围宽等特点,在工业加工、通信、医疗和科研等多个领域都有广泛应用。输出高亮度脉冲激光是光纤激光研究领域的热点和难点,但受到非线性效应、热透镜效应、泵浦亮度和热损伤等物理的限制,单路脉冲光纤激光的输出功率受限。为了获得更高功率的脉冲激光输出,一种方法是通过大模场特种光纤设计和非线性效应抑制等手段提高单路激光输出功率;另一种方法是进行多路相干合成,在提升输出功率的同时保持高光束质量。本论文围绕提高脉冲光纤激光的输出功率,对多种合成方案进行比较分析,将环形复合腔被动锁相脉冲光纤激光相干合成作为研究对象进行理论与实验研究,主要内容如下:首先,实验研究了调Q脉冲光纤激光的输出特性。设计并搭建一台声光调Q高峰值功率全光纤掺Yb3+第四,进一步研究利用环形复合腔结构提高光纤脉冲激光输出功率的技术路线,提出提高脉冲激光输出功率的“三混合”被动锁相相干合成方案,并对脉冲光和连续光混合相干合成的理论和实验进行具体研究。理论上分析了脉冲光和连脉冲激光系统,在重复频率百Hz~MHz、脉冲宽度ns~μs范围内连续可调,在重复频率100Hz时,输出峰值功率可达10kW。实验研究了在高峰值功率下激光输出的非线性效应演变过程,先出现级联拉曼谱线,越过零色散点后转化为超连续谱,最后得到脉冲激光进行后续合成实验的安全参数。其次,从激光的半经典理论出发,对环形复合腔的动力学特性进行分析,理论上分析了环形复合腔的相位差特性和偏振自选择特性。分析讨论环形复合腔多路锁相输出中的游标效应和最小公倍数特征,分析了腔长差和波长范围对锁相的影响,合成路数对合成效率的影响,研究了带宽对环形复合腔自组织锁相特性的影响。环形复合腔可以等效为多个方向耦合器的级联叠加,在多路锁相状态下,环形复合腔阈值随路数增加而降低,泵浦激光转化效率变高。第三,分别采用全光纤结构和偏振耦合结构对环形复合腔理论进行实验验证。研究了两种腔型的锁相特点和输出特性,实验研究表明单孔径输出能够保持单模激光近衍射极限的光束质量。在带宽允许的情况下,环形复合腔具有较强自组织锁相能力和良好的路数可拓展性,而锁相路数的增加会使输出谱宽收窄。对环形复合腔结构通过强度调制可输出平顶脉冲,能降低脉冲峰值功率,减轻脉冲光纤激光SRS效应的影响。研究了单孔径的功率拓展,认为限制因素为最后一级耦合器件的承受功率。续光共腔运转的增益竞争特性,通过对功率合成结构和环形复合腔合成结构的比较,发现环形复合腔结构能实现脉冲光和连续混合光的实时相干合成,保持良好的光束质量。混合光方法可将一部分高峰值功率的脉冲光变成连续光,从而降低了脉冲峰值功率,而且混合光在环形复合腔结构中也可以实现平顶脉冲的输出,有利于克服SRS的限制,从而提高输出总功率。通过强度调制可以连续地调整混合比,由输出混合光的波形可以计算出混合光的混合比。混合光经过放大后,因输入混合比的不同有不同的增益比例,不同的重频和占空比有不同的增益竞争结果,混合比中小量的部分能得到更大的放大比例,大混合比和小混合比在激光放大后有趋向平均化效果。最后综合脉冲光纤激光相干合成方案,提出了脉冲光纤激光输出功率拓展的技术路线。