针对相位光栅曲率传感器能够测量波前曲率在光瞳面上分布的特点，提出了一种采用整个空间分布的曲率信号来实现波前校正的算法。用曲率型变形镜影响函数的曲率信号在光瞳面上的分布来拟合待校正波前的曲率信号，采用最小二乘方法得到变形镜的控制电压，实现波前校正过程。数值模拟了一种41单元曲率型自适应光学系统采用该算法的波前校正过程。结果表明，对4至28阶Zernike像差体现了校正效果，对曲率为0的Zernike像差校正效果略好于曲率不为0的Zernike像差。与传统分区法的校正效果相比，整体法对Zernike像差的校正效果基本相当。整体法无需对光瞳面上的曲率信号进行与电极分布相同的分区，降低了对系统校准的要求。

提出了一种采用本征函数法求解光强传输方程的相位反演算法。相位可由拉普拉斯算子本征函数展开，各阶本征函数的系数可以由光强沿光轴的微分和本征函数两者的积分得到，由此实现相位恢复。给出了圆形区域和矩形区域拉普拉斯算子本征函数的解析形式，数值模拟了在这两种区域上采用该算法实现相位恢复的过程，结果表明该算法可以很好地实现相位恢复。

在小像差近似下，对偏置模式波前传感器进行了理论分析，明确了该传感器的适用条件，对比分析了3种信息提取方式和3种传感器信号输出方式的优劣。针对Zernike像差模式，数值模拟研究了传感器对单阶和多阶模式的响应特性。结果表明，畸变波前中与偏置模式相同或相关的模式之间有响应，但传感器对各阶Zernike模式的响应灵敏度不同，而且不相关模式的存在对传感器输出信号和灵敏度均有影响。

将模式偏置法与全息多重存储法波前传感器原理联系起来, 通过研究模式偏置波前传感器的输出响应特性, 间接得到全息模式波前传感器的运行规律。对模式偏置波前传感器进行理论分析与总结, 并建立简化模型, 针对若干阶Zernike像差, 通过数值模拟对理论结果进行验证。模拟结果显示: 传感器输出信号与各种类型待测像差系数有不同的变化关系, 这与理论分析结果吻合。以散焦模式像差为例, 利用两个相位型空间光调制器动态加载模式像差, 分别在入射光波中引入待测像差和偏置像差, 探测焦平面光斑强度变化。实验结果表明: 以峰值光强作为焦平面光强分布的信息提取方式, 进而得到正负偏置光斑的光强差和归一化光强差, 这比在小孔光阑上进行积分更简单有效。

提出利用复用计算全息元件实现多阶模式同步的偏置模式波前传感器。对基于复用计算全息元件的多阶模式偏置波前传感器进行了理论分析。为了实现复用计算全息元件，分别编码设计了包含4阶，10阶和20阶Zernike像差模式的复用计算全息图，讨论了复用计算全息图设计中几个关键问题。数值模拟研究了复用计算全息图对单阶和多阶像差模式的探测性能。结果表明，在一定探测范围内，传感器能够响应与全息图内预先记录像差模式相同的待测像差模式，且每一个模式的灵敏度都不同。全息图内记录模式数较少时，单阶模式探测的灵敏度较大；记录模式数越多，模式之间擦除效应越严重，单阶和多阶模式灵敏度都受到一定影响。

数值模拟了37单元曲率型自适应光学系统的波前校正过程, 分析了该系统对低阶Zernike像差的校正效果, 结果表明:低阶Zernike像差均能够得到较好的校正。分别对曲率为零和不为零的Zernike像差校正效果进行了对比分析, 结果发现:曲率为零的Zernike像差同样可以被曲率型自适应光学系统校正, 而且效果好于曲率不为零的Zernike像差校正。

利用标量衍射理论对全息模式波前传感器进行了深入分析, 给出了传感器输出面的衍射场光强表达式, 从而与模式偏置波前传感器理论统一起来。为了便于对全息模式波前传感器进行模拟, 利用两共轭倾斜平面波代替倾斜聚焦球面波作为全息记录时的参考波, 并在紧贴全息元件后放置聚焦透镜, 从而建立全息模式波前传感器的等效模型。然后利用数值模拟方法对全息模式波前传感器的工作原理进行验证, 结果表明全息模式波前传感器的灵敏度高、速度快。