Kiudlaserite võimsuse ja energia suurendamist piiravad peamiselt neli tegurit: mittelineaarsed efektid, termilised efektid, optilised kahjustused ja pumpamise piirid. Seetõttu on ühe kiu keskmisel võimsusel ja impulsienergial piirid. Koherentne sünteesitehnoloogia on tõhus vahend selle piiri ületamiseks. Joonis 1 näitab selle valdkonna uurimistöö põhisisu.
Ebaühtlane süntees ei taga sünteesitava kiire koherentsust, vaid realiseerib ainult laserite superpositsiooni ruumis. Seade on suhteliselt lihtne ja rakenduse stsenaarium on peamiselt laserrelvad. Inkoherentne süntees jaguneb peamiselt kolme tüüpi: paralleelsüntees, passiivne seadesüntees ja spektraalsüntees. Paralleelses sünteesis on laseri väljundotsad paigutatud kõrvuti ning väljundkiir saavutab suurema keskmise võimsuse väiksemal alal eemal. Passiivse seadme süntees sünteesib mitu laserit üheks seadmete kaudu, nagu polarisatsioonikiire jaoturid ja kiirte kombineerijad. Spektraalsüntees viitab mitme kitsa ribalaiusega pideva valguse sünteesile üheks, mille lõpetavad enamasti mahulised Braggi võred, dikroonsed peeglid, filtrid, difraktsiooniprismad või prismad.
Koherentses sünteesis on vaja tagada, et igal laseril oleks sama faas, optiline tee, võimsus, polarisatsioon, kiire diameeter ja ruumi suund. Joonisel 2 on kujutatud koherentse sünteesisüsteemi skemaatiline diagramm, mille saab põhiliselt jagada neljaks osaks: kiirjagaja/kiire kombineerija, külvi/võimendi, faasilukustus ja viitlukustus.
Koherentset kombineerimist saab mõõta nelja parameetriga: kiire kvaliteet, Strehli suhe, kombineerimise efektiivsus ja heledus. Kiirekvaliteet viitab kombineeritud valguse ja Gaussi kiire sarnasusele, mida väljendatakse kiire kvaliteediteguriga M2. Mida lähemal on M2 väärtusele 1, seda kõrgem on kiire kvaliteet. Strehli suhe viitab kombineeritud valguse tippvõimsuse ja ideaalse tippvõimsuse suhtele täiusliku faasisobitusega. See on seotud faasiluku olukorra ja ava täiteteguriga. Ava täitmistegur viitab kiire ava pindala ja kombineeritava massiivi kogupindala suhtele.
Mida väiksem on faaside mittevastavus, seda suurem on ava täitmistegur, seda suurem on Strehli suhe ja seda lähemal on koherentne kombineerimine ideaalsele olekule. Kombineerimise efektiivsus on kombineeritud valgusvõimsuse ja iga kanali koguvõimsuse suhe enne ühendamist. Mida lähemal on suhe 1-le, seda ideaalsem see on. Heledus on seotud väljundvõimsuse, lainepikkuse ja kiire kvaliteediga, nagu on näidatud valemis 1, kus C on kiire kujuga seotud koefitsient ja C, mis vastab Gaussi kiirele, on 1. Kombineeritud kiire heledus on valgusvihu korrutis. kombineerides tõhususe, kombineeritud kanalite arvu ja ühe kanali heleduse.
Sõltuvalt tala jaoturi/kombinaatori tüübist võib koherentse sünteesi jagada kahte tüüpi: plaaditud ava ja täidetud ava. Plaaditud ava sünteesi ava täitmistegur on väiksem kui 1, mida on võimalik saavutada nelja tüüpi seadmetega: kollimaatorite massiiv, mikroläätsede massiiv, kiukimp ja mitmetuumaline kiud. Joonisel 3 on näidatud valguse intensiivsuse jaotuse simulatsiooni tulemused erinevatel levimiskaugustel, kui sünteesiks kasutatakse kollimaatori massiivi. Mida kompaktsem on kollimaatori paigutus, seda lähemal on ava täitmistegur 1-le, seda parem on sünteesiefekt ja teoreetiline piirefektiivsus on 76% [2]. Plaaditud ava sünteesi seade on lihtsam, kuid sünteesi efektiivsus madalam.
Täidetud ava sünteesi täitmistegur on 1 ja sünteesi efektiivsus on suhteliselt kõrge. Selle võib jagada nelja tüüpi: polarisatsiooni süntees, intensiivsussüntees, difraktsioonisüntees ja peegeldussüntees, nagu on näidatud joonisel 4. Polarisatsiooni süntees viitab polarisatsioonikiire jaoturi või õhukese kile polarisaatori kasutamisele kahe ortogonaalselt polariseeritud valguskiire sünteesimiseks. üheks ja sünteesiteede arvu saab suurendada kaskaadstruktuuri kaudu. Intensiivsuse süntees viitab meetodile, mille abil kasutatakse intensiivsuskiire jaoturit, et sünteesida kaks sama võimsusega valgusteed üheks rajaks, ja tühikäigu valguspordi häired saavutatakse faasilukustuse kaudu ning mitme tee sünteesi saab saavutada ka kaskaadstruktuur.
Võrreldes polarisatsioonisünteesiga sobib intensiivsussüntees suurema keskmise võimsusega juhtudel. Difraktsioonisüntees kasutab difraktsioonioptilisi seadmeid, nagu võred ja prismad, et sünteesida erinevatele difraktsioonijärkudele vastavate nurkade all langev valgus ühte kiirtesse. Kaheastmelist seeriastruktuuri saab kasutada sünteesi mõõtme laiendamiseks ühelt mõõtmelt kahele mõõtmele, et saavutada N × N süntees. Difraktsioonisünteesi võimsus on piiratud termiliste mõjudega. Peegelduse süntees saavutatakse läbi kroonlehepeegli. Kroonlehepeegli erinevatel aladel on erinev peegelduvus ja läbilaskvus. Koherentne süntees saavutatakse langeva valguse ja peegeldunud valguse vahelise hävitava interferentsi kaudu peegeldunud valguse suunas. Iga osa peegeldusvõimel on konkreetne väärtus. Kahemõõtmelist sünteesi saab saavutada ka sekundaarse struktuuri kaudu.
Lisaks on mikroläätsede massiividel põhinev hübriidava süntees. Valguskiir jagatakse ja sünteesitakse läbi kahe mikroläätsede massiivi ja läätse. Sünteesitud kiire asendit saab reguleerida iga kiire faasi juhtimisega [3].
Soojusmõjude ja keskkonnahäirete mõjul on igal signaalil teatud faasimüra, mis mõjutab sünteesitava kiire kvaliteeti ja sünteesi efektiivsust. Joonisel 5 on kujutatud sünteesitud valguspunkt faasiluku sisse- ja väljalülitamisel, kui sünteesiks kasutatakse kollimaatori massiivi. On näha, et kui faasilukk on välja lülitatud, on sünteesiefekt väga halb.
Faasilukustuse saab liigitada aktiivseks faasilukustuseks ja passiivseks faasilukustuseks. Passiivne faasilukustus hõlmab peamiselt nelja tüüpi: kaasresonantse õõnsuse faasilukustus[4], faasikonjugatsioon[5], iseorganiseerumine[6] ja kaduvlaine sidumine. Kaasresonantsõõnsuse faasilukustamisel suunatakse mitme võimendusega kiudude väljundotsad üksteisele tagasi, mis võrdub sama resonantsõõnsuse jagamisega, saavutades seeläbi faasiluku. Faasikonjugatsiooni faasilukustamisel, mis põhineb faasikonjugatsiooni peeglitel, pööratakse faas ajas ümber mittelineaarsete efektide, näiteks stimuleeritud Brillouini hajumise kaudu, kompenseerides sellega põhivõimendi faasimüra. Iseorganiseeruva režiimi lukustamisel kasutatakse Michelsoni interferomeetri moodustamiseks fiiber-Braggi võre ja kiire jaoturit, et saavutada võimenditevaheline side, lukustades seeläbi faasi. Evanestsentslaine sidestus ühendab mitme kanaliga võimendid superrežiimi, saavutades seeläbi kanalite vahelise sidususe ja seda kasutatakse sageli mitmetuumalistes optilistes kiududes.