基于二向色镜的激光光谱合束系统主要是通过利用二向色镜的截止滤光特性来实现输出功率的倍增,具有合束效率高、光束质量好、输出功率大、系统简洁稳定等优点,是近年来高功率激光光谱合束领域新的研究方向。二向色镜作为系统的核心器件,其光学特性对合束系统的输出效果具有重大影响。本文首先介绍了激光合束系统的发展及应用现状,概述了其基本原理,并对粗糙表面散射理论的发展历程及二向色镜镀膜工艺、监控技术的发展进行了阐述。通过分析光在粗糙表面多层膜系结构的反射现象,建立了多层膜系粗糙表面反射模型。其次采用TFCalc软件设计优化得到二向色镜的膜系结构,并对二向色镜的反射现象进行模拟仿真,分析致使二向色镜的反射率产生变化的主要因素。进一步建立合束系统的输出评价指标,对系统的合束效率、光束质量等参量进行建模与仿真分析。总结仿真结果,对高功率激光合束二向色镜的关键参数提出指标要求。联合高端生产机构镀制得到高功率激光合束二向色镜,对二向色镜的实际参数进行测量,将模拟仿真所得到的结果与实际测量所得的结果进行对比,验证所建模型的合理性,并分析差异原因。最后,将二向色镜应用到激光合束系统中,对整个系统的实际输出结果进行测量。目前合束系统已经得到了10.12k W以上的高能激光输出,系统的合束效率高于97%,满功率输出下的合束效率可达98.9%。