在惯性约束聚变(ICF)高功率激光装置中，自适应光学波前控制技术是确保装置安全顺畅通光以及光束质量达标的关键技术之一。本文介绍了我国 ICF激光装置中波前控制技术从概念的提出到大规模应用的研究和发展历程，重点介绍了在装置不同发展阶段针对装置的需求所研究和发展的关键系统技术，包括基于远场焦斑优化的爬山法波前控制技术、基于双波前传感器数据融合的全装置波前控制技术，以及旋转腔激光装置结构中基于双变形镜的全系统波前控制技术，并介绍了相关技术在装置上的应用结果。

本文介绍了为“神光-Ⅲ”主机装置研制的五十套工程化自适应光学系统，包括系统技术方案，基于可拆卸技术的大口径变形镜和具有自动对准功能的哈特曼波前传感器两主要部件的性能，测量并分析了波前特性，系统校正结果表明：自适应光学系统改善了主机装置的光束质量，满足10倍衍射极限范围内激光能量大于95%的指标要求，确保“神光-Ⅲ”主机装置激光在主放大系统内的传输顺畅。

激光导引星系统(LGSF)是美国30 m望远镜(TMT)的组成部分之一，在满足TMT对科学目标高分辨力成像和光谱探测的性能需求方面，LGSF 具有重要的作用。LGSF 主要负责为窄视场红外自适应光学系统(NFIRAOS)和下一代TMT-AO 系统提供人造钠导星。本文主要讨论LGSF 以下几部分：设计概述，LGSF 星群模式，LGSF 波前误差分配，发射系统设计。

对太阳大气进行大视场高分辨力光学成像观测是开展太阳物理、空间天气等基础与应用研究的重要前提。对于地基太阳望远镜而言，为了消除地球大气湍流对光学系统的影响，自适应光学是高分辨力成像观测必备的技术手段，与此同时，为了突破大气非等晕性对传统自适应光学校正视场的限制，近年来多层共轭自适应光学技术等大视场自适应光学得到极大发展。本文首先梳理国外太阳自适应光学系统研制情况，重点介绍国内太阳自适应光学技术发展及应用情况，并进一步介绍了后续大视场太阳自适应光学技术发展情况以及目前所取得的成果。

本文提出了一种基于随机梯度优化算法的倾斜镜模型辨识方法，实现对大口径压电倾斜镜的复杂频率响应规律的辨识与控制带宽提高。文章介绍了压电倾斜镜原理和数学模型，描述了随机梯度优化算法在模型辨识的应用过程，并通过实验验证的方式检验了算法辨识模型的准确性以及在提高系统控制带宽方面的能力；最后，利用随机梯度下降算法本文还开展了对抖动输入频谱的辨识，结合倾斜镜模型的辨识结果，获得了对特定频谱区域更高抑制能力的控制效果。

由于压电倾斜镜的机械谐振会降低自适应光学伺服控制系统的校正带宽, 本文研究了补偿压电倾斜镜谐振特性的方法。根据压电倾斜镜机械谐振频率特性的动态模型和实测数据，提出了利用压电倾斜镜高压驱动器中现有的可编程逻辑门阵列(FPGA)设计多阶双二次型数字滤波器来优化系统的动态频率响应特性。基于多阶双二次型数字滤波器，高压驱动器能实时补偿驱动对象的频率特性，完成压电倾斜镜的正谐振和反谐振的同时补偿。将其与压电倾斜镜作为一体，可实现平坦的幅频特性，从而避免机械谐振，提高伺服控制带宽。实验结果表明: 相对于传统的高带宽高压驱动器，提出的具有频率特性补偿功能的高带宽高压驱动器可在同样超调量下使系统误差带宽从56 Hz提高到了80 Hz，并且低频抑制能力也得到提高。实验显示提出的具有频率特性补偿功能的高带宽高压驱动器更适合压电倾斜镜的高速动态应用。

用于能动镜中的力驱动器采用直流电机作为驱动源,经减速器后利用滚珠丝杆传动加弹簧组件实现纳米级微位移,而采用丝杆副实现自锁。驱动器基于拉压力传感器实现闭环控制,高增益的PID控制器克服了机械摩擦的微动特性获得比较好的线性度。用4个力驱动器和3个刚性支撑组成了一个能动镜原型样机,光学干涉仪测量结果表明,力驱动器平均位移分辨力约为10 nm、最大可变形量达±8 μm、最大驱动力达±700 N。实验结果证明了力驱动器应用于能动镜驱动器的可行性,为能动镜的实用化提供了实验依据。

在惯性约束聚变(ICF)领域, 采用自适应光学(AO)技术进行波前控制是解决ICF激光系统中光束质量问题的重要手段。报道了“神光Ⅲ”原型装置中8套工程化自适应光学系统、未来ICF系统发展所需的大口径可拆卸变形镜(DM)样镜研制以及ICF自适应光学波前控制技术的最新研究进展。8套工程化自适应光学系统在“神光Ⅲ”原型装置上实现了到靶点的全系统静态像差校正, 改善了靶点焦斑能量分布, 验证了校正对打靶时X射线分布的改善效果。所研制的17单元大口径可拆卸变形镜的口径为284 mm×284 mm, 行程大于±6 μm, 谐振频率大于500 Hz。在ICF自适应光学波前控制技术中, 采用了基于哈特曼传感器近场相位测量的控制方法和基于靶室远场的随机并行梯度下降(SPGD)控制方法均能取得良好的校正性能。