高光束质量的高能激光在材料处理、工业加工、医疗等方面具有广泛的应用。特别是光纤激光,因其光束质量好、体积小、效率高等优势,近些年得到较快发展,但由于受到热效应和非线性效应的限制,单台激光器无法达到很高的输出能量,并同时保持高的光束质量。而多台激光器可以通过光束相干合成技术实现高能激光输出,同时改善光束质量。在光束相干组束中,相位与偏振控制技术是其关键。其中,基于主动控制的合成效率会随着相位调制频率和A/D、D/A转换速度的加快而提高,合成数目、功率扩展性较大。因此研究基于高速、并行化的主动相位控制技术有利于实现大阵列光纤激光高效优质相干合成,从而提高激光输出功率水平和光束质量,对高能激光的发展和应用具有较大的推动作用。论文对光束主动相位与偏振控制技术展开了理论和实验研究。系统分析了各种光纤阵列主动相位控制方法与光束合成路数的关系以及向大阵列扩展的潜力,讨论了光束主动锁相技术在光纤阵列、板条放大相干组束中的应用以及激光偏振自适应控制技术等关键问题,为高能光纤(固体)激光实现功率扩展提供了参考和建议。论文针对目前光束阵列相干组束中主要使用的几种主动相位控制方法,包括随机并行梯度下降算法(SPGD)、频域多抖动法和时域单抖动法等,进行了理论研究,对各种方法的控制过程进行了建模分析、给出了优化的控制参量,判断能够实现锁相的控制时间和控制对扰动的稳定性。对主动控制方法包括SPGD、多抖动法、单抖动法的控制带宽、控制时间与合成路数的关系进行了数值模拟,对各种控制方法应用于超大规模阵列相干合成、光学相控阵的可行性进行了详细分析。并且理论模拟了大阵列相干组束情况下,相位控制残差RMS、相位噪声强度与合成光束质量、相干度的关系。对SPGD算法光纤阵列主动相位控制进行了实验研究。设计制作了高速SPGD算法控制器(FPGA模块处理速度达到50MHz,单次迭代速率达到200kHz),分别开展了5路、10路光纤阵列主动锁相实验。提出了变增益系数的优化算法,实现了10路光纤激光阵列的锁相闭环控制,锁相效率达到理想值的89.68%,相干合成远场光斑光强稳定在最大值附近。实验验证了SPGD算法应用于多组束光纤激光主动相位控制的可行性。对基于多相位扰动的光束阵列相位控制新算法(nultilevel phase dithering method-MPD)进行了理论和实验研究。该算法利用方波扰动和时分复用技术,经过并行化处理,不需要相关检测积分过程,具有控制速度快,适合于大阵列相位控制等优点。对多相位扰动算法(MPD)光纤激光阵列主动相位控制进行了实验研究。用5个双通道可编程任意信号发生器以及对应的10个LiNO3相位调制器模拟光纤放大器的相位噪声功率谱(相位变化幅度±1rad,最大变化频率4kHz,简称小调制噪声,相位变化幅度±2rad,最大变化频率4kHz,简称大调制噪声),结合MPD算法和LiNO3相位控制器阵列实现了10路光纤激光阵列的相位锁定。相位检测与控制单次迭代速率达到200kHz。在无调制噪声、小调制噪声、大调制噪声情况下,锁相效率分别达到理想值的98.96%、98.40%和97.55%,相位控制精度分别优于λ/61,λ/50和λ/42rms。实验上验证了MPD算法具有适用于大阵列、高功率光纤激光相干并束的潜力。对基于多相位扰动法的三十路光纤激光阵列相干合成实验研究进行了设计,制作并搭建了相应的三十通道相位控制模块和实验平台。实现了两路208W光纤-板条链路放大器在衍射极限下的功率相干合成,采用MPD算法进行主动锁相控制,条纹可见度由开环时的0.2提高到闭环时的0.87,锁相效率达到理想值的90.38%,相位控制精度优于λ/20rms。实验验证了该方法可以实现高功率固体放大器的相位锁定,并且数值模拟和理论分析了板条矩形光束的相干组束。将多相位扰动算法应用于光束指向控制,控制模型数值模拟显示采用光纤激光(MOPA)结构能够快速锁定到稳定状态,从而实现高速的二维扫描偏转。最后,针对光纤激光主动偏振控制进行了数值仿真与实验研究。完成了光纤激光偏振控制实验系统的研制。对种子源、偏振控制模块、偏振检测、光纤光路等进行了总体设计。采用基于压电陶瓷的光纤偏振控制器和快速搜索算法对光束进行偏振控制,实现了光纤偏振态的实时检测和任意偏振光到水平线偏振的实时控制。另外,利用SPGD算法,实现了任意偏振光到水平线偏振的实时控制,控制带宽达到1kHz,最小光强波动<1.5%。提出了一种基于自适应偏振与相位控制的光纤激光阵列新型组束结构,该系统采用单探测器结构,结合MPD优化算法控制电路就能实现高功率光纤放大器阵列偏振与相位的同时控制,达到优质高效相干组束输出的目的。通过对普通单模光纤偏振控制技术的研究,探讨改进或替代现有的保偏光纤光路合成技术,揭示了MOPA非保偏光纤阵列相干合束具有向高能高亮度光束合成发展的巨大潜力。