从斜率复原波前是夏克-哈特曼波前传感器这一类斜率采样探测器的核心流程。传统的复原算法中，区域法对局部波前的复原效果好，但易受斜率噪声的影响，同时空间分辨率较低；模式法抗噪能力强，但没有精确复原局部波前的能力。本文提出了基于B样条函数的快速复原算法，将波前展开为B样条曲面的线性组合，并将复原问题从斜率最小二乘问题转化为泊松方程，利用斜率的Taylor展开式估计散度，再通过超松驰迭代法进行快速求解。该方法将B样条函数的理论散度积分和实际散度估计分离，可以方便地扩展到不同阶次和不同节点数量的B样条基复原算法中。另外，通过改变散度估计的计算区域，可以灵活控制并平衡算法的局部复原能力和抗噪能力。对变形镜驱动器响应函数的测量实验表明，该方法具有较好的局部复原能力、抗噪能力和任意精度的空间分辨率。

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。

基于衍射理论和神光II升级激光装置的光路结构及光学元件波前像差，建立了激光装置光束波前像差传输计算模型，用以获取在实验中难以取得，但对激光系统设计和安全运行非常重要的变形镜校正面型、放大器动态波前像差、空间滤波器波前像差和焦斑形态等过程数据。利用该模型对激光装置常规运行时的静态传输、变形镜加压静态传输和大能量发射3种状态下的波前传输进行理论分析，计算结果与实验测量相一致，并在此基础上对变形镜未加压大能量发射波前传输进行计算。计算模型可用于指导相关器件的设计，优化激光运行控制模式，有利于提高激光装置输出波前质量。

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。

介绍了哈特曼层析测量系统的原理，设计静态测试实验，对实际圆对称折射率场分布进行了层析重建．系统由哈特曼采集折射率场的投影数据，采用代数重建算法进行层析重建，取得了满意的重建结果．

介绍了变形镜本征模的构造过程及其特点,分析了从荷兰OKO公司购买的37单元微加工薄膜变形镜的本征模,并用前65阶Zernike多项式分析微加工薄膜变形镜的37阶本征模的特性.搭建了以微加工薄膜变形镜作为波前校正器、变形镜本征模为波前复原控制算法以及高分辨率Shack-Hartmann波前传感器为波前探测器的自适应光学实验系统.实验结果表明:变形镜本征模可以实现模式筛选,也可作为自适应光学系统的波前复原算法.

借助测量微加工薄膜变形镜驱动器的面形影响函数,分析了驱动器的电压-位移函数和驱动器之间的线性叠加性;通过对连续面形变形镜拟合像差的理论分析和实验研究,建立了微加工薄膜变形镜电压解耦模型.分析了对前36阶Zernike模式的拟合残差和拟合能力,指出微加工薄膜变形镜仅可用来拟合低级像差并且有较大的拟合能力和较小的拟合残差,而不能拟合高级像差.

电荷耦合器件(CCD)光电输入输出响应特性是其用于光束远近场能量分布测量的重要参数,介绍一种新的标定方法--小孔衍射方法:即利用小孔衍射图像的零级谱的能量相对分布作为CCD能量的标准参考输入,依据最小二乘拟合准则,根据CCD的灰度输出标定其响应特性.介绍了数据处理方法并完成了校核实验及误差分析.

针对微加工薄膜变形镜的交连值很大而且存在多级交连的特性,通过对连续面形变形镜拟合像差原理的理论分析,根据最小二乘原则,以模式法建立了微加工薄膜变形镜的电压解耦模型。测量并用高斯函数拟合了微加工薄膜变形镜的面形影响函数,计算出高斯指数、特征宽度和交连值分布。依据模式法电压解耦模型,实现对前10阶Zernike多项式的拟合并分析了拟合残差。结果表明,模式法可以作为微加工薄膜变形镜的电压解耦模型。为搭建基于微加工薄膜变形镜的自适应光学系统提供了算法支持。