本发明公开了一种相干激光合成系统，包括激光源和透镜阵列，透镜阵列包括多个透镜，透镜按照预设的非等周期非均匀空间密度费马螺旋阵列排布；其中，激光源用于产生多束激光光束，激光光束满足相干条件，且多束激光光束与多个透镜一一对应；透镜用于接收多束激光光束，并对多束激光光束进行准直，使得由透镜出射的各个激光光束在远场相干叠加得到合成光束。本发明通过将透镜按照非等周期非均匀空间密度的费马螺旋阵列排布，使透镜阵列均呈现中心紧凑、边缘稀疏的排布方式，进而在提升相干合成远场的桶中功率占比的同时，削弱相干合成远场的旁瓣强度。