激光智能制造是信息技术领域的研究热点,尤其是在“碳中和”战略背景下,智能制造是实现双碳目标的关键。光纤激光器由于体积小、重量轻、结构简单紧凑,被誉为最先进的第三代工业加工设备。然而,由于受光学热损伤、非线性、光学热透镜效应限制,窄线宽单模光纤激光器的输出功率不会超过2 k W,且研制成本呈指数增加。鉴于此,构建激光阵列,对多路激光进行合成就成为低成本下获得高功率光纤激光的有效途径。谱合成技术输出功率高、光束质量好,特别是带外腔的谱合成系统更具鲁棒性,在激光合成技术中占据重要地位。然而,在外腔谱合成中仍存在着以下问题:（1）合成系统对单个激光器输出性能的要求;（2）合成系统中各元件的最优化参数设置;（3）光栅热变形与合成光束质量的对应关系;针对上述问题,本论文开展了3个方面的研究,主要研究内容及创新点如下:（1）针对外腔谱合成系统对单个光纤激光器输出性能的要求,从理论与实验两个方面研究了单个光纤激光器不同输出波长、光纤弯曲等因素对激光器输出性能的限制。对于合成中不同波长激光的输出,实验比较了输出耦合镜外腔与Littrow外腔方案的调谐效果,结果表明:输出耦合镜外腔方案可以获得更高的功率,以及更好的光束质量,但可调谐范围较小。对于光纤弯曲对激光器输出性能的限制,依据曲率损耗理论与激光速率方程,分析了各模式所携带的功率,并搭建实验系统。结果表明:在相同弯曲直径下,低阶模式携带的功率比高阶模式的功率大,且光纤弯曲至临界直径时可以获得接近衍射极限的激光。（2）针对外腔谱合成中合成效率问题,建立了耦合效率、合成效率的理论模型。依据该模型,分析了变换透镜焦距对耦合、合成效率的影响。结果表明:设计带外腔的谱合成系统时应选择高反射率的前腔镜和低反射率的输出耦合镜;变换透镜焦距越长,可进行合成的阵元数量越多,且阵元数量对合成效率的影响较小。（3）针对光栅热变形与合成光束质量对应关系问题,采用有限元方法对热变形光栅的温度分布和热变形进行了分析。依据热变形数据,建立了热变形后的谱合成系统光束传输模型,研究了光栅变形后的合成光束的光束质量。在此基础上,设计并搭建了实验系统。结果表明:在相同的辐照时间内,基底的热变形量大于浮雕层的热变形量,这与两个结构的材料常数有关;随着辐照时间的增加,光束轮廓出现畸变,光束质量逐渐变差,且在加热初期变化迅速。