随着激光技术在医疗、军事等领域的广泛应用,人们对激光的输出功率和质量要求也在变高,由于受非线性效应以及热损耗的影响,单个激光器的输出功率受到了限制,因此提出了多路激光功率相干合成方案。然而激光的高额成本以及使用时产生的巨大热量等因素使得激光无法被普及,而LED与激光相比,不仅价格便宜,而且体积更小、热量更低、寿命更长以及与光纤耦合更加兼容。因此,本文对基于LED的多路激光功率合成技术进行了研究分析,主要内容如下:首先,对非成像光学理论和折反射定理进行了概述,通过证明光学扩展量的守恒性得出了两个重要结论,以及分析了边缘光线原理在设计自由曲面中的应用,得出边缘光线原理可以大大降低光学设计的难度,同时对光学量与辐射量等基本参数进行了分析,并建立了两者之间的关系。其次,针对LED光源发光特性,设计了反光杯和全反射透镜两种准直器来对LED光线进行准直,并在TracePro软件下建模进行光线追迹仿真,通过辐照度分析图得出全反射透镜的评价函数值高于反光杯的,即全反射透镜更有利于光线的准直。为了实现高效合成,设计了基于透镜的光纤耦合系统,并针对基于球透镜和基于自聚焦两种情况分别进行了模拟仿真,通过观察系统的耦合效率图得出基于自聚焦透镜的耦合效率高于基于球透镜。最后,分析了光束质量的几个重要指标,得出BPF因子最适合作为评估相干合成光束质量的指标,并通过BPF因子对影响合成光束质量的主要因素进行了讨论。对分孔径相干合成技术方案进行了理论分析,并在理想情况下对该方案进行了建模仿真,分别讨论了光束数目、光束间距及排列方式对合成效果的影响,通过在远场目标处的光强分布及光斑分布统计得出合成光束输出功率与光束数目成正比,与光束间距成反比,同时在方形排列下,合成效果最好。