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。

快速准确地获得变形镜各驱动器应加载的电压是自适应光学波前相位控制算法的核心研究内容。基于驱动器位置波前相位特征计算驱动器应加载的电压可以大幅降低数据计算量和收敛步数，有利于实现变形镜的高速实时控制且达到波前控制的精度要求。利用该算法建立神光II升级激光装置45驱动单元变形镜控制的计算模型，对第2～36项泽尼克(Zernike)多项式像差[峰谷(PV)值为2 μm]逐项进行拟合的结果显示，收敛步数在9次以内驱动器位置相位控制精度即可达到0.01 μm。面形拟合结果显示该变形镜可对前15项泽尼克多项式像差进行有效控制，满足神光II升级激光装置对光束波前相位控制的要求。

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。

中国科学院光电技术研究所的自适应光学研究始于1979年。1980年建立自适应光学研究室，在突破了波前校正器（包括变形反射镜和高速倾斜反射镜）、波前传感器、波前处理机和波前控制等关键技术的基础上，研制了一系列自适应光学系统，用于天文望远镜、惯性约束聚变和人眼视觉研究等。

利用置于神光Ⅲ原型(TIL)装置靶室波前测量系统,获得8束激光全光路静态像差,将测量结果分别过渡到各路主放参数诊断包内的波前传感器。基于主放注入位置的小口径变形镜和主放参数诊断包内的波前传感器,对全光路像差进行闭环校正,利用CCD相机对靶面焦斑进行测量。实验结果表明,全光路像差闭环校正后8束激光在靶面位置的焦斑能量集中度有明显改善,验证了小口径变形镜全光路像差的控制能力,满足了物理实验对靶面焦斑能量集中度的控制要求。

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。

介绍一种新的像差探测方法，该方法能够探测整个惯性约束聚变(ICF)光学系统的像差。驱动变形镜调制各种不同的像差加入ICF光学系统，从而导致远场的焦斑变化，此时将CCD放置到远场探测焦斑强度，同时采用哈特曼－夏克波前传感器在近场探测系统像差变化量。根据不同的系统像差变化量以及与其对应的远场强度，利用改进的相位反演算法可以计算出整个光学系统的像差。数值模拟表明，该方法可以测量并校正整个ICF系统的光学像差。

对比分析现有的各种CCD光电响应特性标定方法后,引入了利用小孔夫琅和费衍射标定CCD光电响应的方法.推导了该方法中Airy斑的理论相对光强分布I/I0与CCD像素位置n之间的定量关系,完成了对特定面阵CCD光电响应特性标定实验.在数据处理过程中,采用二次曲线拟合法准确获得了灰度曲线的峰值位置,实现了Airy斑归-化理论光强分布曲线与CCD实测灰度分布曲线对准,解决了这种方法的中心对准问题,得到准确的灰度峰值位置n0为404.650 0,获得了特定的CCD光电转换特性曲线.标定结果表明,平均相对误差为0.77%,拟合结果可靠.