光纤激光器具有光束质量优良、结构紧凑、转换效率高、热管理方便等优势,在工业、国防、医疗等领域有广泛应用前景。但是由于热损伤、非线性效应、模式不稳定及泵浦源亮度等因素的影响,单台光纤激光器的输出功率存在极限。实现光纤激光相干合成可以达到在保持高光束质量的情况下同时提高激光输出功率的目的,扩展合成路数是相干合成的一个重要研究方向。本文选取大阵元数量光纤激光相干合成作为研究对象开展相关理论和实验研究。论文的研究内容主要包括以下几个方面:1.从光纤激光阵列光束发射系统的理论模型出发,进行了光纤激光阵列光束相干合成系统的理论研究,为大阵元数量光纤激光阵列相干合成系统参数选取提供理论依据。基于广义的惠更斯-菲涅尔原理,理论上分析了大阵元相干合成远场光强分布函数,并使用快速傅里叶算法进行了数值仿真。2.基于大阵元相干合成系统的理论分析搭建制作了最多可用于127路光纤激光阵列相干合成的光纤激光准直器阵列,并制作了相应的相位控制模块,搭建起了一整套的大阵元相干合成实验系统。3.基于大阵元相干合成系统提出分组组束方案,研究了分组拼接对相干合成的效果的影响,仿真结果表明,可以在不大幅度降低相干合成效果的情况下降低制作难度与成本,具有较强的可行性。4.设计并搭建了基于MOPA结构的光纤激光阵列相干合成实验系统,进行了七路、十九路、三十七路、六十路光纤激光相干合成实验。在实验中,施加锁相控制后,可以在远场形成稳定的干涉条纹,有效的实现了桶中功率的大幅提升,取得了良好的实验效果。5.在圆形子孔径六边密积排列的基础上,对光纤激光分孔径合成的高效拼接方法进行了研究,提出了两种新型单元子孔径拼接方案,计算拟合出两种子口径的能量透过比与截断系数之间的函数关系,并得到了两种新方案截断系数的最优值。在此基础上,利用基模高斯光束作为子光束仿真分析比较了三种子孔径方案的相干合成效果,仿真结果表明,两种新的子孔径拼接方案相比于圆形子孔径正六边形排列填充方案最多能将远场桶中功率占比提升9.2%和13.9%。