随着高能激光在医学、激光核聚变、高能激光武器等领域的应用越来越多，并且这些应用对激光束的质量要求越来越高，如何得到高功率、高质量的激光束成为一项重要的研究课题。然而，单一激光器由于自身的缺陷，如增益饱和、热效应、非线性效应等，其输出功率的提高受到了限制。通过对激光阵列输出光束进行相干合束来获得高功率、高质量的激光束是一种非常有效的方法。衍射光学元件，尤其是二元光学元件，具有结构简单、体积小、衍射效率高、成本低及易于大面积加工的优点。作为二元光学元件中的一种位相型光栅，达曼光栅在入射光照射下可以产生一定数目的等光强光斑阵列。由傅里叶变换理论，逆用达曼光栅的分束作用，将相干激光阵列视为等光强光斑阵列，经傅里叶透镜变换后，经共轭逆达曼光栅对合束光场进行相位调制，消除了合束光场相位分布的不均匀性，即可实现激光阵列相干合束，得到远场单一主瓣的高亮度光束。　　本文主要从以下几个方面对基于衍射光学元件（达曼光栅）的相干激光阵列合束技术进行了研究:　　1.共轭逆达曼光栅用于光纤激光阵列相干合束理论分析和模拟实验研究。分析了衍射光学元件用于激光阵列相干合束的物理模型和数学模型，利用Matlab进行了合束过程的数值模拟以及光栅加工和放置误差对合束效率的影响的数值分析;数值模拟了共轭逆达曼光栅用于5×5光纤激光阵列相干合束的模拟实验方案，测量了合束效率及光栅放置误差对于合束效率的影响;最后分析了采用连续光栅来提高系统合束效率的可行性。　　2.达曼光栅的优化设计。通过增加突变点等手段，尝试提高达曼光栅的效率;提出了可以产生等光强但仅有三个位相值的子光束阵列的达曼光栅概念;采用遗传算法对各子光束光强和位相同时进行优化，得到了两组1×5和一组1×4高衍射效率的三相位达曼光栅;加工了4×4和5×5达曼光栅，并进行了基本测量。　　3.基于共轭逆达曼光栅的大尺寸固体激光阵列相干合束理论分析和模拟实验研究。将共轭逆达曼光栅用于大尺寸固体激光阵列的相干合束中，采用可增加21.5％阵列占空比的方形孔径，进行了相应的理论模拟和数值误差分析;从数学上证明了系统的合束效率等于光栅的分束效率，与激光器口径、光强分布无关;进行了相应的4×4偶数阵列和5×5奇数阵列的合束模拟验证实验，得到了90％最高效率下的误差边界值，理论分析与实验结果相符。　　4.达曼光栅分束子光束阵列位相测量。首次提出对光栅分束子光束进行位相测量的问题;设计了基于电光晶体四步移相的Mach-Zehner式的实验方案;利用Matlab分析了傅里叶透镜焦点位置精度对各衍射子光束位相的影响，以便提高位相测量精度;进行的4×4两相位达曼光栅位相测量实验，并与理论结果进行了对比。　　本文讨论了达曼光栅用于相干激光阵列合束的基本原理，建立了完整的数学模型，优化设计了达曼光栅，进行了共轭逆达曼光栅用于光纤和固体激光相干阵列的理论分析和模拟验证实验研究，同时测量了等位相等光强分束达曼光栅子光束阵列位相。由于所用的达曼光栅存在效率较低的问题，限制的整个系统的合束效率，因此需要进一步的优化设计高效率的光栅;同时，作为描述高功率激光系统的参数的光束质量，本文并未涉及，下一步工作需分析加工、装配等误差对于光束质量的影响。