在自适应光学系统中，波前校正残误差主要由未完全补偿湍流所引起的误差和系统闭环噪声组成。基于一阶比例－积分控制器分析了弱光６１单元适应光学系统的控制特性。在此基础上风云地非Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ湍流情况，提出一种根据实际测量的大气湍流波前扰动功率谱来确定系统，针对非Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ湍流情况，提出一根据实际测量的大气湍流波前扰动功率谱来确定系统最优控制带宽的新方法。应用这种方法对弱光６１单元自适应光

自适应光学在其商品化进程中正处于一个关键的转折点。许多年来，随着采用自适应光学系统的地基望远镜在消除由地球大气扰动产生的光学畸度方面取得的巨大成功，这项技术在天文学中得到广泛应用。目前几乎所有新的地基望远镜都配置了专门用于消除由于地球大气层中扰动产生光学畸变的自适应光学系统。

针对大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统波前处理规模的需求,设计了基于现场可编程门阵列（FP-GA）的高速大单元自适应波前处理系统,给出了设计方案,实施过程和测试结果。提出的基于FPGA的自适应光学系统波前处理机,在软件上采用FPGA对整个系统进行数据配置和调控,实现多路D/A数据同时传输和转换。同时,采用FPGA作为波前处理运算中的图像预处理和波前子孔径斜率计算的核心器件,在满足波前处理精度的前提下,缩短了波前处理延时,提高了波前处理能力,波前处理可达2 000 frame/s。在硬件上,采用波前处理主板与可扩展的波前处理子板相结合的形式来提高系统的输出能力。每块波前处理子板的校正量输出为120路,波前处理主板的最大扩展能力为10块,整个系统可实现1 200路校正量的输出。

采用形状函数法描述变形镜校正时的曲面,从适配误差、Strehl比两方面比较了四种不同单元排列方式的微变形镜.结果表明方形与砖形排列的微变形镜设计简单,但波前校正性能较差;圆形及蜂窝形微变形镜具有较高的波前校正性能,但设计加工复杂.

在常规的自适应光学系统中，变形镜与波前传感器满足共轭位置关系以保证最好的校正效果。现基于角谱理论，通过对光场线性传输过程的仿真，分析了波前传感器偏离与变形镜共轭的位置的情况下波前校正效果所受到的影响。结果表明，波前传感器偏离共轭位置的距离增大和共轭位置波前的增大，均会导致校正效果变差。

快速倾斜镜（FSM）是自适应光学系统中提高系统传输精度的关键器件。针对快速倾斜镜的应用背景,采用巨磁致伸缩材料作为驱动组元,研制适用于新型快速倾斜镜的巨磁致伸缩材料作动器,并对作动器的输出位移、输出力及振动模态进行了研究。采用超高温度梯度区熔定向凝固法制备了具有〈112〉轴向择优取向的TbDyFe巨磁致伸缩合金,其10MPa预压力时平行于外磁场方向的饱和磁致伸缩性能达到0.175%,线性段磁致伸缩性能超过0.12%。所研制的巨磁致伸缩材料作动器的准静态位移超过±40μm,输出力达到1000N以上,并且具有良好的动态响应。巨磁致伸缩材料作动器在1kg负载时的一阶共振频率达到97Hz。这为新型快速倾斜镜系统的研制建立了良好的基础。

基于Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式模式复原原理，分别就光学系统静态误差和大气湍流扰动引起的动态波前误差两种情况，定义了静态模式因子和动态模式因子两个变量，用来分析弱光６１单元自适应光学系统的校正有效性。

本文提出了一种基于薄板径向支撑的高速压电倾斜镜。首先根据拉格朗日方程建立了这种基于薄板径向支撑的高速压电倾斜镜简化模型的动力学方程，然后推导出了其倾斜方向谐振频率理论表达式；根据理论表达式可以预测倾斜镜的动态性能。在理论分析的基础上，我们制作了这种薄板结构，将其加入到原有结构倾斜镜中，进行了频响测试以及角行程测试分析。比较理论分析和实验测试分析的结果，证实了薄板部件的加入对于倾斜镜应用带宽的提高有显著作用。

控制算法的收敛速度一定程度上限制了无波前探测自适应光学技术在实时波前畸变校正中的应用。从理论分析角度提出将模式法和区域法结合起来以提高算法收敛速度，并以61单元变形镜为校正器，建立基于随机并行梯度下降算法自适应光学系统仿真模型。结果表明：达到同样的校正效果时，采用组合优化的算法收敛速度要明显优于基于区域法的收敛速度，从而验证了理论分析的合理性。