光纤激光器具有体积小重量轻、光束质量好、散热面积大、转换效率高、阈值低等显著优势,成为激光器的主流发展方向。但由于在掺杂光纤中存在热效应、非线性效应以及光学损伤等限制性物理机制,使大幅提高单芯输出功率成为一个难题。目前获得大功率激光的主要手段是利用相干合束结合包层泵浦技术制作光纤激光器。本文针对大功率光纤激光器的性能提升需求,开展基于多芯自组装相干合束法的研究,主要的研究内容有以下几个方面。本文首先通过对多芯光纤自组装相干合束法进行理论分析,建立了衍射模型并对其仿真,分别研究了波长、衍射距离、以及光纤内部参数如纤芯直径、芯间距离、纤芯数目等对合束效果的影响。通过研究发现,在假定单芯输出光功率一定的情况下,保证纤芯单模条件增大纤芯直径,减小芯间距离,增大纤芯数目,可以获得更高的输出功率。在不考虑腔长的情况下减小波长以及降低衍射距离都会对输出高功率激光产生有利影响。其次,本文对纤芯的不同的排布方式对合束效果的影响进行了研究,进而得出纤芯最优化的排布方案。通过对纤芯单层圆环排布方案、多层圆环排布方案、阵列排布方案以及正六边形堆积方案进行比较,发现采用单层圆环排布方案的激光器可以获得最高的合束效率,为了提高内包层截面利用率也可采用多层圆环排布,但应当使纤芯分布在尽可能少的圆环上。除此之外,本文还针对多芯光纤自组装相干合束的光纤激光器中存在的不利因素如热效应、发散角效应以及模场高斯分布对合束效果的影响等进行了分析,具体地首先假设单根纤芯内光场为高斯分布,研究高斯分布的不同参数如最大峰值和模场半径对合束效果的影响,其次研究了多芯光纤不同参数的发散角情况,再次通过对热传导方程的研究,给出了一种求解光纤中温度分布情况的方法。通过研究发现合理设计多芯光纤和光纤光栅参数、采用适当的泵浦方式、增加散热装置和一些优化装置可以有效降低热效应和非线性效应等不利因素提高光束质量。上述研究成果为进一步开展更高功率光纤激光器的研究提供了有益的参考。