光纤激光器目前在医疗、通信、工业和科学研究领域均有着十分广泛的应用。然而,由于端面损伤、模式不稳定性等限制,光纤激光器的功率提升受到限制。为了绕过输出限制,激光合成技术应时而生。通过光学器件的合成方案,随着合成的激光数目与单束激光功率的提高,合成器件温度与热畸变程度逐渐上升,将会影响最终输出合成光束质量与合成效率。研究合成系统中合成器件热畸变的作用机理,并且提出能够缓解合成器件热畸变,进一步提升合成系统的输出功率与光束质量的方法就显得尤为重要。本文主要开展的研究内容如下:通过模型仿真与实验验证相结合的探究方式,提出了多层电介质光栅热畸变改善的方法,并搭建了光栅面型测量系统。首先基于热传导理论建立了激光辐照下的多层电介质光栅温度模型,对光栅在高功率激光入射下的内部升温机制进行了仿真探究,并设计完成了万瓦激光辐照光栅实验,对仿真结果进行验证,阐明了升温模型的准确性。其次结合热弹性方程与应力应变关系,构建了热畸变模型,对光栅内部应力以及热畸变的演化过程进行了仿真研究。紧接着,探讨包括激光辐照时间、激光功率、基底尺寸与材料等因素与光栅热畸变之间的内在联系。随后基于泰曼-格林干涉仪与泽尼克多项式拟合技术搭建了光栅面型测试平台,对光栅面型进行了实时重构,同时对热畸变仿真结果进行验证。最后,根据仿真与实验结果,发现可以通过优化光栅尺寸,以及考虑使用热传导系数高而热膨胀系数低的材料制作光栅基底来改善光栅的温度表现与热畸变程度。针对双光栅光谱合成系统中光栅热畸变对合成光束的近场相位调制产生合成光束质量劣化的问题,理论上对双光栅光谱合成系统中光栅热畸变与合成光束质量变化进行了建模仿真研究。首先基于热弹性方程与惠更斯-菲涅尔原理建立了双光栅光谱合成理论分析模型,并分析了光栅热畸变对合成光束质量与光场分布的影响。其次阐述了阵列间距、激光功率密度等因素对光栅畸变与合成光束质量的影响。紧接着,探讨并比较了不同夹持方式对光栅畸变面型的调节作用。最后,在此基础上提出了一种基于优化阵列排布与选用特定夹持方式调整光栅畸变面型分布,进而缓解光栅热畸变对光束质量劣化的方法,提高了合成光束质量。基于高斯形梯度分布的近场子束阵列的功率排布方式,在光纤激光空间相干合成系统中实现了旁瓣能量抑制与光束质量提高的远场相干合成光束输出。首先阐述填充因子与相干合成光束之间的联系。理论上通过迭代计算的方法,得到了使得远场合成光束光束传播因子最优时的阵列功率排布梯度比。随后,对比分析了等强度排布与功率梯度排布两种情况下,施加不同程度活塞相位误差干扰时对合成光束质量的影响。探讨并比较了不同光纤激光阵列的空间排列方式产生的远场相干光束光场分布与合成光束质量,发现六边形排布更适合产生光束质量优良的相干合成光束。基于畸变面型调节与内部热致折射率分布的优化,在空间衍射光学元件相干合成系统中实现了合成光束质量的优化。首先根据热传导方程中衍射光学元件吸收率与温度场的联系,提出了衍射光学元件吸收率测定方法,并搭建了吸收率测定实验平台,成功对衍射光学元件的吸收率进行了测定。其次,根据理论分析,研究元件尺寸、材料和夹持方式等因素与衍射光学元件热畸变和内部热致折射率分布的关联。进一步探究在基于衍射光学元件的相干合成系统中衍射光学元件热畸变及热致折射率变化对合成光束质量的影响。结果表明可以通过优化夹持的方式实现热畸变程度的有效缓解以及光束质量的提高。