光纤激光器凭借其较高的转换效率、良好的光束质量以及紧凑的系统结构,在激光加工、医疗美容和军事国防等领域有着广阔的应用前景。由于光纤增益介质的非线性效应和器件热效应等因素的影响,单根光纤激光器的输出功率是有限的。光纤激光相干合成技术是能够突破单根光纤激光器的功率极限获得高光束质量高功率激光输出较为有效的途径之一。光束相位的快速准确控制技术是实现光纤激光相干合成的关键技术之一,对其进行深入研究可以进一步推进相干合成技术工程化应用。本文以基于主振荡放大(MOPA)方案的光纤激光相干合成系统为研究框架,以相干合成主动相位控制算法为重点研究对象。对传统的主动相位控制算法——随机并行梯度下降(SPGD)算法进行了深入研究,并结合深度学习中的优化算法对其进行改进,通过仿真和实验验证了SPGD算法及其改进算法在相干合成系统中的有效性。本论文的工作为实际相干合成系统的的设计和算法选择提供了理论参考。文章的主要研究内容如下:一、对光纤激光光束合成技术和主动相位控制技术进行了回顾与分析;介绍了光纤激光光束合成技术的国内外研究现状,分析比较了光纤激光相干合成和非相干合成的优缺点;详细介绍了相干合成主动相位控制方法,并对各控制方法进行对比分析,确定SPGD算法作为本论文的重点研究对象。其次,通过建立光纤激光相干合成系统理论模型,定量分析了填充因子、相位误差、强度误差以及偏振误差等对相干合成效果的影响。通过理论研究相干合成阵列光束在湍流大气中的传输特性(平均光强和闪烁效应),分析了湍流大气对相干合成效果的影响。二、建立了SPGD算法光纤激光相干合成理论模型。通过静态模拟验证了SPGD算法在相干合成系统中的可行性。通过动态模拟研究了相位噪声扰动幅度和频率对SPGD算法相干合成系统合成效果的影响,并分析了相干合成系统控制带宽与合束数目以及扰动幅度之间的关系。另外,利用计算生成的旋转的相位屏模拟大气湍流,研究了湍流大气对SPGD算法相干合成系统校正效果的影响。仿真结果表明,随着大气格林伍德频率的增加,系统的合成效果变得越来越差,算法的迭代速度越快,系统对湍流大气的校正效果越好。三、针对传统SPGD算法在系统校正过程中存在的问题,从增益系数方面,提出了一种自适应增益系数的SPGD算法——Ada SPGD算法。通过对Ada SPGD算法相干合成系统的静态和动态仿真,研究了自适应增益调节因子对SPGD算法的影响。结果表明,本文提出的自适应增益调节方法可以有效提高SPGD算法的收敛速度。从梯度估计方面,结合物理学中动量的思想,提出一种带有动量项的SPGD算法——Mom SPGD算法。通过静态和动态数值模拟验证了Mom SPGD算法在相干合成系统中的可行性,并分析了动量项对SPGD算法的影响。本文提出的动量法能够提高SPGD算法的收敛效果和抗干扰能力。进一步,将自适应增益调节方法和动量法相结合,提出综合改进算法——Adm SPGD算法。静态和动态仿真结果表明,Adm SPGD算法能够提高相干合成系统的收敛速度和校正效果,并且基于Adm SPGD算法的相干合成系统对湍流大气的校正效果较为显著。四、建立了光纤激光目标在回路(Target-in-the-loop,TIL)相干合成系统,通过数值仿真验证了SPGD算法和Adm SPGD算法在系统中的有效性;分析了目标特性对系统闭环控制效果的影响。为了对仿真结果进行验证,搭建了光纤激光相干合成实验平台。实验结果表明,SPGD算法及其改进算法能够被应用于相干合成系统中;改进的SPGD算法能够提高相干合成系统的收敛速度和校正效果;非合作扩展目标下系统的相位控制算法可以被有效执行。最后对论文进行总结,对光纤激光相干合成系统以及主动相位控制算法的发展方向和趋势进行了分析。