针对阵列光束相干合成中存在的倾斜相差大的问题，提出了基于合成光束远场光斑二阶矩的阵列光束倾斜相差自适应控制方法。以合成光束远场光斑二阶矩作为评价函数，理论上模拟了采用随机并行梯度下降算法实现7路光束的倾斜闭环控制过程。实验上搭建了7路光纤激光相干合成系统，利用自适应光纤准直器对倾斜相差进行校正。以合成光束远场光斑的二阶矩作为评价函数，采用随机并行梯度下降算法，实现了7路光束的倾斜的闭环控制，合成光束模拟远场光斑的桶中功率由0.05 V提升至1.95 V。实验中将倾斜扰动的增益系数变为与二阶矩相关的函数，实现了自适应变增益系数的倾斜闭环，在一定程度上提升了倾斜控制的带宽。从理论上和实验上验证了基于光斑二阶矩的倾斜相差自适应控制方法在光束合成及合成孔径探测领域应用的可行性。

光学相控阵技术具有响应速度快、系统紧凑、功能多样和控制灵活等优点，在众多科学技术领域得到了广泛的应用。在近50年来的光学相控阵研究与应用中，涌现出了众多卓越的成果。为了对光学相控阵领域的发展进行梳理，简要回顾了光学相控阵技术的历史，并论述了光学相控阵技术的基本原理。从光束发射与接收等不同应用场景的角度，结合笔者的思考，深入介绍了光学相控阵在高品质的光源技术、激光相干合成技术、光束扫描技术、大气链路畸变控制技术以及合成孔径探测与成像技术多个领域的发展现状，并最后对光学相控阵技术的瓶颈与未来的发展研究趋势进行了评述。

针对自由曲面离轴反射光学系统的初始结构较少、优化过程复杂的问题，提出了一种基于量子遗传算法的离轴反射光学系统设计方法，即采用量子遗传算法结合像差理论得到高像质的初始光学系统结构，再对其离轴化处理并引入自由曲面，进而设计得到自由曲面离轴反射光学系统。该方法可以方便、快捷地为自由曲面离轴反射光学系统提供像质良好、特定布局的初始结构。以离轴三反系统为例，采用该方法设计了一套工作在可见光波段、视场大小为10°×4°、F数为2的主三镜一体化的自由曲面离轴三反系统。仿真结果表明，该离轴三反系统视场较大、结构紧凑、成像质量良好，其最大RMS波像差为0.0485 λ (λ=0.6328 μm)，全视场的调制传递函数（MTF）在50 lp/mm处大于0.9，且一体化集成结构有利于简化系统的对准及装调。

“之字形”光路薄管固体激光是一种结构紧凑、增益高且利于发射的新型激光光源。针对薄管固体激光光源及其大气长程传输过程中的光束质量退化问题，提出了基于直角锥面变形镜的薄管激光校正方法，进而通过建立薄管激光校正模型以及大气长程传输模型，开展了薄管激光大气长程传输光束质量分析。首先，针对大遮拦比窄环宽环形光束与发射系统的匹配问题，提供了一种薄管激光环形光束整形变换方案，有效实现了薄管激光的整形和变换。然后，分析了薄管激光光源光束质量、大气湍流效应和热晕效应等对整形变换后的薄管激光大气长程传输特性的影响，进而明确了薄管激光大气长程传输光束质量退化机理。最后，分析了直角锥面变形镜对薄管激光的光源畸变、大气湍流的低频分量和热晕导致的离焦相位等的校正效果。结果表明，经过直角锥面变形镜的校正，薄管激光光源光束质量明显改善，大气长程传输后的远场光束质量有所提高。若进一步配合常规变形镜进行联合校正，薄管激光大气长程传输后的远场光束质量可得到显著提升。

在成像光学系统中，环境相对湿度会影响光学镜面污染粒子的散射特性，进而对成像光学系统性能造成影响。根据吸湿性，将污染粒子分为亲水性粒子和疏水性粒子。利用镜面污染粒子的光散射模型，分析了亲水性粒子散射效率因子随环境湿度的变化规律。在此基础上，结合亲水性和疏水性污染粒子的统计模型，分析了多粒子污染下，不同种类粒子占比和镜面洁净度等参数对光学镜面散射特性的影响。结果表明，污染粒子造成光学镜面的双向散射分布函数（BRDF）和全积分散射值（TIS）均随着环境相对湿度的增加而增大。并且，亲水性粒子比例越高，光学镜面散射损耗越强。随着光学镜面洁净度等级的减小，环境相对湿度对镜面散射损耗的影响有所减小。