分析了Yb:YAG板条激光器波前畸变的基本特征，结合光斑形态和功率密度，提出了采用水冷式13单元一维变形镜和95单元二维变形镜相结合的双变形镜组合模式对Yb:YAG板条激光器的波前畸变进行闭环校正。针对输出激光的特征进行了校正需求分析和校正能力分析，以此为基础开展了一维变形镜和二维变形镜的仿真及优化设计，同步开展了哈特曼和高压驱动系统等硬件的研制。研制出的变形镜经受了满功率出光考核，验证了内循环冷却装置对水冷式变形镜的冷却效果，随后在闭环校正实验中，将激光器的开环光束质量β=9.03提升至闭环的1.98，验证了双变形镜组合模式的自适应光学系统对Yb:YAG板条激光器光束质量校正的能力。

为了获得高质量无色差的多波长相干艾里光束,提出了一种基于变形镜的多波长艾里光束生成方法,并通过仿真与实验研究了多波长艾里光束的传播特性。实验结果表明,变形镜可以有效消除色差对光束的影响,生成高质量的多波长艾里光束;且传播中主瓣不会发生色差分离和衍射。此外,生成的多波长艾里光束主瓣被不透明障碍物遮挡后,经过一段距离传播后可自行恢复。本研究为多波长艾里光束在多光谱成像和光学微操作等领域中的应用提供了一定的基础。

对基于变形镜(DM)生成的Airy光束进行了光束特性研究。采用Zernike多项式对立方相位进行分解,建立了由多个Zernike多项式线性组合的相位调谐模型,并对组合中的每一个Zernike多项式引入一个系数。模拟分析了不同Zernike多项式系数对Airy光束结构和光束质量的影响。利用69单元变形镜进行了Airy光束生成实验,测试分析了不同系数组合下的Airy光束强度分布,通过控制Zernike多项式系数实现了Airy光束特性的控制。

为实现不等壁厚复杂零件的激光增材制造,设计开发了一种基于自适应镜的可变圆光斑激光熔覆光学系统。系统由反射式抛物准直镜、反射式自适应镜和反射式抛物聚焦镜等组成。通过气压比例阀调节自适应镜腔内气压,改变自适应镜表面曲率半径,使光束以不同程度的会聚角或发散角入射到反射式抛物聚焦镜,从而改变作用在工件表面的激光光斑大小。建立了基于自适应镜变斑光学系统的物理模型,通过Matlab和Zemax软件仿真分析了自适应镜焦距的变化范围、反射式抛物准直镜与反射式抛物聚焦镜的焦距和位置,以及光纤激光光源参数等对系统变斑特性的影响。采用6 kW光纤激光器,按照变光斑、变功率、等速度、等功率密度的方案进行激光熔覆工艺实验,实现了壁厚由3 mm渐变到8 mm的椭圆形工件的激光熔覆增材制造。

为了实现对Woofer-Tweeter双变形镜自适应光学系统的解耦控制, 提出了一种基于拉普拉斯本征函数的解耦控制算法。通过求解不同齐次Neumann边界条件下的拉普拉斯本征方程, 获得不同光瞳区域下自身和一阶偏导数均正交的拉普拉斯本征函数。利用不同光瞳区域下的拉普拉斯本征函数, 实现了对不同光瞳区域下Woofer-Tweeter双变形镜自适应光学系统的解耦控制。此外, 拉普拉斯本征函数的一阶偏导数具备正交性, 这使得在构建Tweeter耦合抑制矩阵时无需对Tweeter驱动器响应函数面形进行逐个测量, 极大简化了Tweeter耦合抑制矩阵的构造过程。采用Woofer-Tweeter双变形镜自适应光学系统对该算法的有效性进行了实验验证, 结果表明：基于拉普拉斯本征函数的解耦控制算法能够实现对Woofer和Tweeter同步控制, 并能有效地抑制Woofer和Tweeter之间的耦合误差。

结合人眼自适应光学系统中无需复原Zernike模式系数的特性，提出基于控制信号重置的双变形镜并行控制的改进算法，改进后的算法可以减少矩阵运算量，并能相应地减少存储空间，使其适宜于人眼自适应光学系统的工作特性。对控制算法进行理论介绍，通过模拟仿真证明其可行性，并将算法应用于双变形镜人眼视网膜高分辨率成像系统,实现了对双变形镜的快速稳定控制，获得了眼底视网膜高分辨率图像。模拟仿真和实验结果表明，该算法能够有效地补偿相伴畸变和抑制两个变形镜之间的耦合。

提出了一种利用组合变形镜校正板条MOPA固体激光器像差的方法,并通过实验验证其有效性.通过将一个11单元的一维变形镜和一个67单元的二维变形镜组合,有效降低了单个二维变形镜波前校正过程中驱动器间的电压差,从而提高了二维变形镜的使用安全性,并在一定程度上改善了校正后波前畸变的空间分布,降低了波前畸变残差.实验结果表明,一维变形镜与二维变形镜的组合能高效地校正板条MOPA固体激光器的波前畸变,波前残差均方根值小于0.08 μm,远场光束质量因子可达1.67.

对由 37单元 OKO变形镜和 140单元 BMC变形镜组成的双变形镜系统的联合校正算法做了理论分析, 通过将两个变形镜的影响函数组合, 提出了一种基于影响函数组合及动态修正的校正模型。仿真研究了 37单元 OKO单变形镜系统, 140单元 BMC单变形镜系统, 37单元 OKO变形镜和 140单元 BMC变形镜组成的双变形镜系统的闭环校正。结果表明: 一是基于影响函数动态修正法的校正效果要优于固定修正法, 二是双变形镜系统的校正效果要优于任一单变形镜系统。从而可以在现有技术条件下通过提出的算法提高自适应光学系统的校正能力。

如何有效校正随人群起伏很大的人眼像差，提高视网膜高分辨率成像技术的人群适用范围是临床应用面临的最大难题。现有的单一波前校正器无法同时清除高阶和低阶视觉像差。针对人眼高阶像差校正需求，研制成功了169单元3 mm 极间距分立式压电变形镜，并与大行程Bimorph变形镜组合，建立了一套双变形镜的人眼视网膜成像系统。系统可实现对离焦小于±4.5 D、散光小于±3.0 D 的低阶像差及前8阶Zernike像差的有效校正，极大地提高了系统的人群适用范围和成像质量。以低阶像差大小作为入选标准，进行小样本量人眼视网膜成像实验，获得了近衍射极限的视网膜图像。该系统适用范围明确，便于后续临床应用。

为提高在微变形镜应用中静电微致动器的冲程,设计并讨论了一种基于双端固定梁为上电极、曲面 电极为下电极的异面微致动器。利用Rayleigh-Ritz方法,求解了致动器的静态特性。计算过程 中,考虑了梁长度增大引起的抗拉应力和器件制造过程中残余应力的影响。通过研究不同的曲 面电极轮廓形状对于致动器冲程的影响,得到了500 μm长的梁在300 V的驱动电压下其冲程 最大能达到14.1 μm。