半导体激光器与其它类型的激光器相比，具有电-光转换效率高、体积小、寿命长、可靠性高、重量轻、波长覆盖范围大、成本低等许多优点。但是，由于半导体激光器自身固有的波导结构特点，导致其光束质量差并且在二维方向上极不均衡，严重地制约了半导体激光器的直接应用范围。而经过光束整形，并通过光纤耦合输出的半导体激光器除了具备上述的优点外，还具备了光束质量好、能够柔性传输、亮度高、抗干扰能力强、使用方便、输出光斑圆形均匀对称等优势，并逐渐广泛应用于光纤通信、材料加工、激光泵浦、医疗美容等领域。因此，通过研究新型的光束整形技术和设计高效的光纤耦合系统，实现半导体光纤耦合模块的大功率高亮度输出，已成为半导体激光应用领域的个研究热点。利用多个传导冷却封装的巴条半导体激光器进行光纤耦合，是实现大功率输出、小体积、高可靠性和低维护成本的有效方式。但目前大部分的整形方案主要适用于单巴条的使用，而针对多个单巴条光源的研究较少。基于上述问题，本论文针对多巴条半导体激光器的光束整形和光纤耦合技术进行了以下的研究工作：（1）从理论上分析了快轴D形非球面准直柱透镜和慢轴微柱透镜阵列的设计方法，结合理论计算和Zemax软件模拟优化出了非球面准直透镜的结构参数。同时，对快慢轴准直透镜的装配误差所导致的准直误差进行了模拟分析，为实际操作中准直透镜的调节提供了有意义的参考依据。（2）设计了金属阶梯热沉对3个传导冷却型巴条半导体激光器进行空间合束，并利用ANSYS软件分析了台阶尺寸变化对半导体激光器激光器温度的影响，为阶梯热沉结构参数的优化设计提供了依据。模拟和实验结果表明，该设计的阶梯热沉结构散热效果良好。根据半导体激光器偏振度高的特点，提出使用结构紧凑的半波片-偏振分光镜组合进行偏振合束来改善半导体激光器的光束质量。（3）在充分调研总结国内外光束转换技术的基础上，结合国内的加工水平，首次提出了“二次切割”的光束转换方法，即采用棱镜组阵列高效地实现了对多个半导体二维面光源的切割、重排和压缩。根据几何光学原理，对棱镜组的结构参数进行了理论推导，并对新方案进行了模拟仿真和实验验证，结果表明该结构光束转换效率高，并且适用于多巴条半导体激光器光源。（4）结合光纤耦合技术，以及上述的光束准直、合束和转换技术，利用3个常规商用的cm-bar，设计出了款百瓦级半导体光纤耦合模块。实验研究表明，该光纤耦合模块最大连续输出功率为129.8W，输出光束质量为44mm·mrad，系统整体光-光耦合效率为72.76%，电-光转换效率为40.5%。其中新型光束转换系统的效率为93.4%，该效率达到了多巴条光束转换的国内领先水平。