针对三种不同空间分辨率的双压电片变形镜(Bimorph DM)，采用仿真实验分析其对3~35 项Zernike 静态像差和实际人眼(包括疾病人眼)像差的拟合能力。实验表明，Bimorph 变形镜特别适用于校正低阶像差，拟合误差小于0.15，随着空间分辨率的增加，Bimorph 变形镜对Zernike 像差和人眼像差的拟合能力总体表现为增强的趋势，其中，35 单元的Bimorph 变形镜的像差拟合能力最优，对前20 项Zernike 像差的拟合误差稍优于传统分立式压电变形镜。通过对Bimorph 变形镜像差拟合能力的实验分析，为人眼视网膜高分辨率系统的Bimorph 变形镜选型提供了分析方法，也为进一步提升Bimorph 变形镜的像差校正能力奠定了研究基础。

针对本振光为高斯分布, 接收信号光经望远镜聚焦后为艾里分布的情况, 首先对高斯和艾里函数用数值计算的方式得到两种光斑最大外差效率: 当艾里斑直径和高斯光束束腰直径之比为1.719时, 最大外差效率为81.45%; 然后介绍了光的标量衍射和Zernike像差理论, 分析了夫琅禾费衍射适用于相干聚焦光场的条件, 计算了平面、高斯、艾里光场和Zernike像差的采样要求, 对存在各种像差的光学系统的外差效率进行了仿真, 分析了倾斜、离焦、像散、慧差、球差等基本像差及组合像差对外差效率的影响, 结果表明: 各种像差对外差效率的影响从低到高分别为像散、倾斜、离焦、慧差和球差; 3dB外差效率损失对应相干系统的指标为跟踪误差优于1μrad(RMS), 组合波像差优于0.1λ。研究结果对相干激光通信系统的链路损耗分配和光机系统的工程设计具有指导意义。

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。

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。

针对激光器出光过程中腔内像差扰动带来的输出光束质量和光束能量下降问题,分析了腔内像差扰动对非稳腔模式的影响,并采用数值迭代法计算了理想情形和腔内像散扰动对无源正支共焦腔输出模式强度和相位分布的影响,进一步采用Zernike模式法对光束相位进行了像差拟合,得到了前35阶Zernike像差系数、点扩散函数(PSF)分布和环围能量曲线,计算了腔内像散扰动量与远场Strehl比的关系。结果表明:对小菲涅耳数正支共焦腔,腔内像散扰动对输出光束强度和相位分布均有明显影响,相位分布中一些高阶Zernike像差也有所增大。因此在进行腔内像差校正时,应优先考虑此类像差的校正。

双压电片变形反射镜作为波前校正器具有结构简单、变形量大、成本低及制造周期短的优点, 能代替传统分立式变形镜从而降低自适应光学系统的成本。为验证工艺的可行性和了解双压电片变形反射镜的性能, 制造了一块20单元的试验样镜。样镜采用了双层压电陶瓷的结构, 其中一层作整体离焦电极以校正大幅值的离焦像差。利用Veeco干涉仪测量了样镜单元电极影响函数, 分析了其对前36项Zernike像差的校正能力。结果表明, 样镜对离焦像差能获得高达8 μm以上的校正量, 对其它高阶像差也能适量校正, 但校正能力随空间频率升高而降低, 显示出其适合校正低阶像差的特性。此外, 讨论了不同有效孔径下样镜对Zernike像差的拟合能力。

测量了准分子激光原位角膜磨镶(LASIK)手术后人眼的单色像差。并根据术后症状,将所有数据分类为视物星芒状组、单眼复视组、视物雾状组和参考组。视物星芒状组和视物雾状组的三阶和四阶泽尼克(Zernike)像差的均方根(RMS)值明显大于无症状的参考组。术后有不良症状各组的人眼的调制传递函数(MTF)明显低于参考组的调制传递函数。在明视觉条件下,四阶像差特别是对称性的泽尼克球差,对调制传递函数的影响大；而在暗视觉条件下,三阶像差特别是非对称性的泽尼克彗差对调制传递函数的影响大。四阶以上的高阶像差对各有症状组的调制传递函数曲线有影响,而这些高阶像差对参考组的调制传递函数已无明显影响。像差的均方根值和调制传递函数曲线是研究术后不良症状的较有效光学手段。