光纤激光器具有光束质量好、热管理方便、结构紧凑、转换效率高等优点,在工业加工、医疗和科研等领域有着广泛应用。然而,光纤激光器的功率提升受限于非线性效应和模式不稳定等物理限制因素。相干合成技术通过对多个光纤激光器的相位、光程、偏振等参量进行控制,实现多束激光在目标处的振幅叠加,从而获得高功率、高光束质量的激光输出,达到激光亮度提升的目的。本文以光纤激光相干合成中相位、光程、偏振等参量的高效优化控制技术为研究对象,开展了相关的理论和实验研究,主要内容如下:1、针对光纤激光相干合成在路数扩展中的相位控制难题,研究了优化算法的控制路数提升潜力,研制了百路级相位控制器。搭建了百束规模的光纤激光阵列相干合成实验系统,基于随机并行梯度下降算法实现了107路光纤激光阵列相干合成。远场光斑中央主瓣能量占比约为22.5%,该结果为目前光纤激光相干合成公开报道的最高路数。2、针对光纤激光相干合成在功率提升中的参量控制难题,研究了对光程差补偿、相位噪声高效控制、光纤激光偏振控制等参量控制技术。研制了光程差控制电路和上位机软件,控制精度可达微米量级。研究了非保偏光纤放大器的主动偏振控制技术,基于均方根传播算法实现了消光比优于20d B的瓦量级线偏光输出。基于高功率光纤激光相干合成实验平台,验证了光程差和相位噪声高效控制的有效性,实现了7路1.2千瓦光纤激光相干合成,远场光斑峰值功率较单路提升了22倍。3、针对未来更高路数的光纤激光相干合成相位控制需求,开展了相位控制新算法的探索。研究了多频双极性方波调制解调的相位控制算法,以及均方根传播相位控制算法,并通过数值仿真或实验研究初步论证了上述算法的有效性。