大功率、高光束质量是激光技术研究中永恒追求的目标。但随着激光功率的增加,光束模式会由单模变为多模,光束质量下降;同时,功率增加也会导致固体工作物质热损伤、热透镜效应和非线性效应的产生,直接影响出射激光的光束质量。相干合束技术的提出为获得大功率、高光束质量的激光输出提供了一条有效途径。在相干合束中由于相干现象的存在,合束后的光斑由主瓣和大量旁瓣组成,能量较分散,光束质量差。阵列光束的填充因子是决定合束光斑能量集中度的主要因素,填充因子越大,中央主瓣的能量集中度就越高,光束质量就越好。基于此,本文结合衍射光学元件易于获得高填充比透镜阵列、方便装调等优点,提出采用衍射微透镜阵列的方法提高其填充因子,并设计了一组衍射望远系统阵列,对由被动锁相获得的六路相干光束进行扩束,使其变得相切,从而达到改善光束质量的目的。衍射望远系统阵列由六个结构相同的单元组成,每个单元采用伽利略望远系统结构,具有系统总长小,无实焦点击穿空气等优点,面型采用多阶相位型菲涅耳透镜设计。首先,针对衍射光学元件结构精细,仿真计算数据量大,现有算法无法同时满足计算速度和准确性的问题,我们提出了矩阵相乘算法快速、准确地实现光束的传输、聚焦等过程。在此基础上,我们提出了保真度的性能参数,研究了单元结构在不同相位台阶数下的扩束效果,并对其面型做了不同区域设定不同台阶数的改进性分析。计算结果表明,改进结构的保真度达95.82%,且各区域最小加工线宽均大于2μm。接着,我们详细分析了衍射望远系统阵列对相干合束光束质量的改善效果,结果显示,阵列光束填充因子由0.3571提高到1,合束光斑旁瓣数量明显减少,光束质量提高了2倍。最后,我们制作了8台阶的衍射望远系统阵列,并进行了实验研究,初步实验结果表明,扩束后所得的远场合束光斑尺寸大大减小,能量集中度更高,光束质量得到明显改善。