光谱合束(波长合束)是改善半导体激光阵列的光束质量、稳定波长和压窄线宽最简单、最有效的方法。通过外腔反馈,使半导体激光阵列的各个发光单元锁定在不同的波长上;通过色散元件,将不同入射角、不同波长的光束按相同方向出射,实现各个光束传播方向的重合,达到光谱合束的目的。光谱组束后,输出的光束与单个发光单元具有相同的光束质量,提高了半导体激光阵列整体的光束质量和空间亮度,扩展半导体激光光源在工业、军事和医疗等方面的应用。本文基于外腔反馈光谱组束结构及原理,通过计算模拟、理论分析和具体实验,对半导体激光阵列光谱组束进行了研究,解决了半导体激光阵列光谱组束中存在的smile效应(半导体激光阵列在封装和工作过程中,不可避免的引入热效应,导致各个发光单元不在一条直线上,半导体激光阵列整体发光弯曲,称之为smile效应)的影响、单阵列组束光谱较宽、各个发光单元之间存在串扰以及光束质量退化等关键问题,最终通过多个巴条参与组束,获得了高功率、高亮度、窄线宽半导体激光阵列光谱合束光源,并对组束后的光源进行了非线性频率变换实验,得到了倍频和和频的光束。完成的主要工作如下:提出将光束整形元件Beam Transformation System(BTS)加入到光谱组束中,实现半导体激光阵列发光单元光束的旋转,使每个发光单元的慢轴光场分布变为竖直方向,快轴光场分布变为水平方向,整形后在水平方向上,对发光单元进行外腔光谱光束组合,使smile效应造成的水平位置差异,转换成组束后各个发光单元的波长差异,很好的解决了传统光谱光束组合中,不能避免的smile效应,提高了整体光束质量和整体组束效率,为实现高功率、高亮度半导体激光阵列合束打下了基础。在光谱光束组合基础上,提出了用一个光栅和一个准直透镜代替传输透镜的方案,可以有效的减小单个发光单元光束质量的退化,同时缩短了光谱组束的整体光程,明显的克服了相邻发光单元之间的反馈串扰,避免了组束后整体光束质量的下降,提高了整体组束效率,实现了较窄线宽的半导体激光阵列的光谱组束输出,为实现窄线宽半导体激光合束提供了方法和途径。提出了在传统光谱光束组合中,将传输透镜的聚焦和准直作用分离的方法,聚焦和准直作用分别由两个透镜实现。起汇聚作用的透镜将各个发光单元的光束聚焦到光栅上;起准直作用的透镜在光栅之后,将组合后的光束进行统一准直。由于起汇聚作用的透镜,不需要对各个发光单元的光束进行准直,整体的光程可以近似的减少一半,为长焦传输透镜的使用提供了可能性,有利于实现窄线宽半导体激光阵列的光谱合束。通过加入压缩像传递系统和使用长焦距的传输透镜,将半导体激光阵列成缩小的实像,然后对所成的实像进行光谱组束,实现了单个巴条窄线宽的光谱组束。提出用多个传输透镜代替单一的传输透镜,避免了透镜边缘引起的各种像差,从而实现了多个巴条的高功率、高亮度、窄线宽半导体激光合束。研究了半导体激光阵列光谱组束后,合束光束的频率变换,提出了半导体激光阵列光谱组束后,各个发光单元的光束之间进行和频的实验方案,并进行了半导体激光阵列光谱组束后的倍频和和频实验,通过倍频和和频得到了蓝光输出,并测定了转换的效率。