通过将多束激光进行功率合成的激光组束技术是近年来迅速发展起来实现高功率、高光束质量和高可靠性激光输出的有效方法,打破了传统单路激光器发展的瓶颈。基于受激布里渊散射(SBS)的串行激光组束技术,相较于其他组束技术更接近于用非相干组束的手段,却能获得物理上完全相干的单束激光输出。具有各泵浦光之间彼此独立,无需对其进行精确相位控制,系统稳定性高、可扩展性强等优点。本论文在对强信号布里渊放大和非共线布里渊放大进行详细研究的基础上,设计并搭建了非共线布里渊串行放大激光组束演示系统,实现了多束激光功率合成为一路大能量激光脉冲输出。首先从经典SBS声光耦合方程组出发,推导建立了存在Stokes种子光受激布里渊散射的强信号布里渊放大理论模型。进而利用该模型就强信号布里渊放大中泵浦光注入对Stokes种子光受激布里渊散射的影响进行了理论模拟分析,得出了由于泵浦光存在而降低Stokes种子光SBS产生阈值的结论,并通过实验对其进行了验证。论文还通过改变Stokes种子光与泵浦光在介质池中相遇的时间和相遇的角度,实验研究了强信号布里渊放大中实验条件改变对Stokes种子光受激布里渊散射的影响;通过改变SBS介质的布里渊频移、布里渊增益线宽和布里渊增益系数,理论模拟了介质参数变化对强信号布里渊放大中Stokes种子光受激布里渊散射的影响。其次,利用自制激光系统作为光源对不同角度的非共线强信号布里渊放大进行了实验研究,得出了非共线强信号布里渊放大在小角度范围内(<15°)不需要进行频率匹配依旧保持高效的结论。论文还针对大角度非共线布里渊放大因频率失谐导致效率下降问题进行了理论模拟分析,提出了通过控制Stokes种子光频率与声波频率达到共振,实现非共线布里渊放大频率匹配的解决方案并给出了实验验证。此外,还提出了一种简单有效测量SBS介质布里渊特性参数的新方法,对适合在激光串行组束中使用的全氟碳化合物系列介质的布里渊频移和布里渊增益线宽进行了测量,得到的测量结果可以给介质选取提供参考。最后,在前面几章的研究基础上,对非共线布里渊串行放大激光组束演示系统进行了分模块化设计和搭建。其中,单纵模脉冲激光振荡-放大模块中采用复合腔选单纵模技术,利用传输矩阵方法对其进行了参数设计,使用Solid Works三维制图软件对其进行了结构设计;多路激光脉冲并行放大模块中采用双程放大模式,通过增益模拟设计确定了Nd:YAG激光放大棒的规格参数,通过脉冲激光电源模拟设计确定了储能放电系统的规格参数;非共线布里渊串行放大功率合成模块中,通过结构排布设计确定了Stokes种子光与各路泵浦光在介质池内的相遇方式。在各模块设计搭建的基础上进行了联合调试,最终实现了Stokes种子光对5路泵泵浦光进行功率合成,获得了重复频率为1Hz,脉冲宽度为10.6ns,能量为2.96J的组束能量输出,能量提取效率为0.71,组束效率达到0.78。