光学合成孔径成像系统是利用多个小口径望远镜排列成稀疏孔径阵列来增大系统等效口径, 从而实现大口径光学系统的高分辨成像效果。子孔径间的共相误差探测是实现合成孔径系统高分辨率成像的重要前提, 该技术一直是该领域研究人员关注的焦点之一。新兴的人工智能及大数据技术为合成孔径成像系统共相误差探测提供了新思路和开辟了新方向。本文在简要回顾合成孔径成像系统共相误差探测方法的基础上, 介绍和分析了近年来深度学习技术在合成孔径成像系统共相误差探测方面的研究进展, 并对未来发展方向进行了总结和展望。

利用软件仿真对光场传感器重建波前相位的能力进行了研究。研究采用FFT算法模拟波的传播和衍射效应,利用Zernike多项式模拟像差, 根据相应的光场映射及逆光场映射理论,进行波前重建。研究了前22项单阶像差的波前相位重建情况,选取其中初级像差和二级像差的 重建结果做了比较分析,并针对复合像差的波前重建做了多组仿真实验,比较了低阶复合像差和高阶复合像差的重建误差。结果表明: 无论是单阶像差还是复合像差,光场传感器都能够重建波前相位,并且对低阶像差的相位重建效果好于高阶像差。

为了提高基于普适模型的无波前探测自适应光学（AO）算法的收敛性能，建立了一套基于Zernike模式的127单元变形镜AO系统仿真模型。以峰值斯特列尔比（Sr）和提出的快速稳定收敛百分比为评价标准，研究不同湍流强度下扰动系数、Zernike模式数、斜率因子对校正效果和收敛速度的影响，验证了该仿真系统对静态畸变波前良好的校正能力。结果表明，扰动系数小于0.01时系统可以稳定收敛；增加Zernike模式数可以提高系统收敛时的Sr，但同时收敛速度会有所降低。提出的改进矢量化斜率因子，可以有效提升系统在一次迭代后的校正效果，特别是对大畸变波前具有较强的适应性。

热晕效应是高能激光大气传输最重要的非线性效应之一。利用激光大气传输四维仿真程序，针对高能固体脉冲激光大气传输的非线性热晕效应，采用常规自适应光学系统与随机并行梯度算法自适应光学系统对其相位补偿进行了数值模拟和分析。结果表明：当脉冲宽度1 ms，重复频率10 Hz，单脉冲发射功率500 kW时，常规自适应光学系统补偿效果较好；当脉冲发射功率增加或者重复频率增加时，随机并行梯度下降算法自适应光学系统补偿效果较好。

利用激光大气传输四维程序, 建立了双望远镜中继镜系统上行传输模型, 研究了孔径匹配对中继镜系统上行传输的影响。选择去除畸变相位后接收光场的 远场峰值功率密度作为中继镜系统上行传输的性能指标, 通过光束在真空中传输的计算, 得到了接收口径一定时不同发射口径对应的最优发射焦距, 并对不同发射功率激光在大气中 上行传输的情况进行了模拟计算。结果表明, 当接收孔径一定时, 随着发射孔径的增大, 最优发射焦距减小;增大发射孔径, 可以增大临界发射功率;当发射功率较小时, 在一定 发射口径范围内, 发射口径的变化对中继镜系统上行传输的性能指标影响不大, 当发射功率较大时, 增大发射口径可以有效提高中继镜系统上行传输的性能指标。

利用强飞秒激光在大气中产生等离子体通道内带电粒子的动力学模型, 综合考虑二体吸附、三体吸附、离解和复合等因素, 分析后续激光退吸附作用对等离子体通道寿命的影响, 给出有效延长通道寿命的后续激光控制参量。计算表明, 选择不同的激光注入形式和注入时间, 对通道寿命的延长有着不同的效果, 适当优化的激光可以延长通道寿命达25 μs以上。

采用能够较为清晰、完整描述强飞秒激光等离子体通道内带电粒子产生过程及其演化的物理模型，进一步研究了飞秒光丝中等离子体密度的时间演化特征。计算结果表明：对于不同时间线型的脉冲，在等离子体通道形成过程中，氧气分子的电离贡献率及氮气分子的贡献率明显不同，不同线型的脉冲对高效维持高密度等离子体的寿命具有较大的影响。有效控制成丝脉冲线型能够达到对等离子体通道的高效利用。长脉冲、短波长虽能够获得较高密度等离子体通道，但其存活寿命却完全受限于通道的后期演化。

利用扩展惠更斯菲涅耳原理对高能激光在大气中的传输进行了分析，获得了高能激光准直传输轴上及峰值斯特雷尔比的积分表达式，并使用激光大气传输四维仿真程序对该表达式的适用范围进行了分析及数值模拟验证。结果表明，积分表达式可以很好地适用于无自适应光学系统补偿时的高能激光湍流热晕传输问题，可以用于自适应光学系统补偿时弱热晕条件下的湍流热晕角非等晕问题和弱热晕及中等热晕条件下的湍流热晕聚焦非等晕问题。

非线性热晕效应对高能激光大气传输有重要的影响，一个可以用来预测和评价高能激光在不同传输条件下自适应光学系统补偿效果的定标规律对实际的工程应用有重要的意义。利用激光大气传输四维仿真程序，通过仿真不同空间带宽的自适应光学系统，在均匀路径下，对不同发射口径、不同传输距离聚焦光束稳态热晕的相位补偿进行了数值计算。结果表明，自适应光学系统空间带宽对聚焦光束热晕效应的相位补偿影响差别不大，使用广义畸变参数N可以较好地定标其相位补偿效果。

基于对强飞秒激光大气传输的非线性薛定谔方程的变分法, 模拟研究飞秒激光大气传输成丝特性。 研究了在是否考虑多光子吸收损耗的情况下,激光成丝状态的演化。研究表明:多光子吸收损耗会破坏自聚 焦与等离子体散焦之间的动态平衡,进而引起成丝的不稳定性;在不同的入射功率下,成丝的起点位置会发 生移动;在实验室条件下, pin?3pcr 时才可能形成多次聚焦成丝传输。 继续增加激光入射功率时,光束因强烈聚焦发生崩塌而成多丝结构。