设计了一套极紫外光刻光源系统的光束准直系统，用于满足极紫外光刻光源系统对光束指向稳定性的需求，保证极紫外光的转换效率。准直系统由两部分组成，光束抖动检测模块和光束准直模块，通过分析光束抖动机理、光束控制原理，基于虚拟仪器开发软件LabVIEW，搭建了一套检测加控制的闭环准直系统。实验结果表明：光束经过准直系统后，水平方向抖动幅度小于2 μm，垂直方向抖动幅度小于4 μm，指向稳定性低于6 μrad，满足光源系统对光束指向稳定性的要求。

在光束传输系统中，通常存在由于传输介质引起的能量与频率成反比的宽带扰动和平台振动引起的在某个特定频率点的窄带扰动，使得光束发生抖动或漂移，造成光斑能量下降。为了解决光束传输系统中由大幅度、高频率窄带扰动和宽带扰动引起光束抖动，设计了基于高速倾斜反射镜谐振补偿的混合自适应滤波器的光束抖动控制方法。该方法采用最小均方（LMS）自适应滤波器与经典的比例-积分控制器并行工作的控制结构，分别利用LMS自适应滤波器对高频率、大幅度的窄带扰动进行抑制，比例-积分控制器对宽带扰动进行抑制，从而实现了对大幅度、高频率窄带扰动和宽带扰动的同时抑制。实验结果表明，本文提出的系统结构和控制方法能够有效地抑制光束传输系统中的光束抖动。

采用随机相位屏仿真方法模拟了各向异性大气湍流及贝塞尔高斯涡旋光束在其中的强度分布、在轴闪烁指数和抖动效应, 分析了各向异性湍流参数和波源参数对涡旋光束传输质量的影响.结果表明, 在各向异性大气湍流中, 贝塞尔高斯涡旋光束的强度分布随传输距离的变化情况与离轴距离有关, 仅一级圆环处强度值单调递减, 其余次级圆环处强度值均呈现先增后降的趋势.在近距离处, 贝塞尔高斯涡旋光束的在轴闪烁指数随波形参数的增大而减小, 随光束宽度的增大呈现先上升后下降再上升的趋势, 该现象与贝塞尔高斯光束的光斑尺寸大小相关; 其抖动效应随波形参数、拓扑荷数量、波长和束腰半径的增大而减弱.但在远距离处贝塞尔高斯涡旋光束的闪烁效应和抖动效应随波形参数的影响与近距离处相反, 这与贝塞尔高斯光束的展宽突然增大的现象一致.贝塞尔高斯涡旋光束在各向异性湍流大气中的抖动效应小于在各向同性湍流大气中的情况, 并且在远距离处大于拉盖尔高斯涡旋光束的抖动效应.

在光束稳定系统中, 受到传输介质和平台振动等因素的影响, 通常同时存在能量与频率成反比特性的宽带扰动和平台机械谐振引起的在某个特定频率点出现的窄带扰动。为了解决光束稳定系统中由大幅度、高频率窄带扰动和宽带扰动引起光束抖动的问题, 设计了基于两级高速倾斜镜串联控制的光束稳定系统, 提出了利用前级光束稳定系统校正窄带扰动, 后级光束稳定系统校正宽带扰动的控制算法, 实现了对大幅度高频率窄带扰动和宽带扰动的同时抑制。在相同条件下, 对比了传统的控制方法和两级高速倾斜镜联合校正控制系统的残余误差。仿真和实验表明, 提出的系统结构和控制方法能够有效地抑制光束稳定系统中存在的扰动。

为了在激光大气传输四维数值模拟中考虑激光光束抖动带来的影响，推导了光束抖动倾斜角与Zernike多项式低阶项系数之间的关系，提出了一种激光传输光束抖动效应的数值模拟方法。为验证该数值模拟方法的正确性，针对均匀聚焦光束，计算了大气湍流与抖动效应综合作用下长期光束扩展角半径，数值模拟计算结果与理论公式计算结果基本一致，验证了激光传输抖动效应数值模拟方法的正确性。

瞄准偏差和光束抖动，会导致光束到达靶面能量的损失，是光束瞄准系统中两个最主要的误差。分析了以高斯光束和高斯抖动为基础的光束在照明目标时产生的光回波信号的特性；在此基础上，搭建了实验室平台，实现了基于二维爬山法的光束闭环瞄准，讨论了光束抖动对光束瞄准实时性的影响，分析了不同抖动强度下光束瞄准的精度。实验结果表明：爬山算法无需已知目标和光束分布的任何信息，即可实现光束回波闭环瞄准，且性能优良；但随着光束抖动的增加，其瞄准所需回波信号样本增大，瞄准精度降低。

瞄准偏差和光束抖动是光束瞄准系统中的两个最重要的误差。对以高斯光束和高斯抖动为基础的光束瞄准目标时产生的光回波信号进行数学建模；结合极大似然估计算法理论，建立并完善了基于回波信号的光束瞄准误差估计模型；并编写程序实现了Monte Carlo模型仿真，搭建了实验室平台。仿真和实验结果表明，极大似然估计算法表现出了优良的性能，能够同时准确地估计出瞄准偏差和光束抖动，信号样本越大其估计精度越高，且实验结果和仿真结果吻合得很好。在此基础上，根据实时偏差估计实现了实验室光束闭环瞄准实验。

提出了改进的抑制光束抖动的快速反射镜控制算法，用于提高卫星平台捕获跟瞄(ATP)系统的瞄准精度。根据自适应前馈控制和经典PID控制算法的特点，分析了两种算法复合控制的优势。探讨了现有直接复合控制算法中自适应算法不收敛的原因，并依据解耦理论引入了解耦的复合控制算法，解决了现有直接复合算法不收敛的问题。最后，对经典PID控制，自适应前馈控制和解耦复合控制算法进行了实验比较。实验结果表明，在给定实验条件下，解耦复合控制算法的控制精度相对于经典PID反馈算法提高了近10倍；相对于自适应前馈算法提高了约3倍。结果显示，提出的解耦复合控制的算法结合了两种算法的优点，对抑制光束抖动更有效。

对多路光纤激光输出光束进行合成是获得高功率、高光束质量的输出的有效方法。为了比较不同合成方案的远场效果，对聚焦发射的相干合成和非相干合成光束远场分布进行数值计算，从控制相位误差、光束抖动和阵列占空比等三方面对这两种方案的远场特性进行比较研究。计算结果表明，与非相干合成相比，相干合成能够在远场获得更高的能量集中度，但会受到光束抖动和阵列占空比的严重影响。和通常考虑的平行发射相比，聚焦发射体制对相干合成时相位误差的要求宽松了很多，相位误差均方根(RMS)为π/3时，半径为5.6 cm的圆桶内汇聚的能量仍大于完全相干合成情形下的90%。

激光器的一个重要特点是指向性好,因而指向稳定性是激光器的重要指标之一.当前采用高速CCD器件和图像处理技术在普通实验室就可以进行指向稳定性的精密测量.测量了连续HeNe激光器和YAG脉冲激光器自身的光束抖动,前者的光束指向方差小于6 μrad,后者达到22 μrad.