基于钠导星星群的多层共轭自适应光学（MCAO）系统是目前大口径地基望远镜获得大视场高分辨成像质量的关键部分。其中，钠导星数量及排布方式是影响MCAO系统性能的关键参数。为了明确钠导星星群分布对MCAO系统大气层析效果的影响，首先，根据层析的基本原理，建立了MCAO系统层析两层大气湍流的模型。随后，基于OOMAO仿真平台，验证了3颗钠导星星群对两层大气湍流层析结果。最后，利用视场内斯特列尔比的平均值（RSˉ）和归一化标准差作为校正效果和均匀性的评价指标，讨论了3~6颗钠导星放置于正多边形顶点或者正多边形顶点结合视场中心的排布方式对湍流层析效果的影响。研究表明，针对丽江高美谷天文台大气条件（550 nm波长大气相干长度为8 cm），10 m口径望远镜视场为1′，大气分为两层的情况，当正多边形的半径大于26″时，钠导星的数量达到4颗就能使系统校正后RSˉ（H波段）达到0.45。特别地，采用5颗钠导星放置在正五边形顶点并在视场中心放置1颗钠导星的星群方式层析湍流最优，MCAO系统校正后RSˉ最高，能达到0.53，且系统均匀性较好。

对太阳大气进行大视场高分辨力光学成像观测是开展太阳物理、空间天气等基础与应用研究的重要前提。对于地基太阳望远镜而言，为了消除地球大气湍流对光学系统的影响，自适应光学是高分辨力成像观测必备的技术手段，与此同时，为了突破大气非等晕性对传统自适应光学校正视场的限制，近年来多层共轭自适应光学技术等大视场自适应光学得到极大发展。本文首先梳理国外太阳自适应光学系统研制情况，重点介绍国内太阳自适应光学技术发展及应用情况，并进一步介绍了后续大视场太阳自适应光学技术发展情况以及目前所取得的成果。

多层共轭自适应光学系统被广泛应用于地基大型天文望远镜, 其可以改善大气非等晕的影响, 并有效扩大校正视场。基于MAOS软件, 在仅考虑大气非等晕影响的情况下, 研究了在可见光波段(0.6 μm)和红外光波段(2 μm)下两种自适应光学系统的对比, 多层共轭自适应光学系统相比传统自适应光学系统在可见光波段性能提升显著; 以及双层共轭系统中, 当第一个变形镜共轭于入瞳处时, 第二个变形镜共轭高度变化对系统性能的影响, 在可见光波段确定最佳共轭高度对提升性能十分重要, 并初步探讨了在单层自适应光学系统中, 变形镜致动器个数对系统性能的影响。

单层校正自适应光学系统只能在较小视场范围内对大气湍流进行有效校正,多层共轭自适应光学技术可以突破这种限制。介绍了层向多层共轭自适应光学系统基本结构及工作原理, 研究了层向多层共轭自适应光学系统的模拟, 内容包括: 如何产生动态大气湍流波前数据、基于四棱锥波前传感器的波前复原算法、基于模式法的变形镜闭环校正控制过程等。对单层和两层的层向共轭自适应光学系统进行了模拟仿真, 仿真结果表明: 层向多层共轭自适应光学系统采用了更多的导星来校正两层大气湍流, 比单层校正自适应光学系统具有更大的校正视场和更好的校正效果。

大气湍流三维波前复原是星向多层共轭自适应光学中的关键技术。分析了星向多层共轭自适应光学系统中的大气湍流三维波前模式复原算法，并对该算法进行了数值仿真验证和误差分析。分析结果表明：当对2层大气湍流进行三维波前复原时，若采用自然导星，因平移像差不能被探测，导致平移和倾斜两种模式不能被准确复原；若采用激光导星，因平移和倾斜像差不能被直接探测，导致平移、倾斜、离焦和像散几种模式不能被准确复原；当对3层大气湍流进行三维波前复原时，模式混淆总是存在，无法消除，各层大气湍流波前不能被准确复原；当观测目标在探测高度的波前被自然导星光束完全覆盖时，其波前可以被准确复原。

为克服大气非等晕的影响, 多层共轭自适应光学(MCAO)系统被广泛应用于太阳望远镜, 以有效扩大校正视场。仅考虑由于大气非等晕造成的系统理论误差, 研究了变形镜(DM)个数及其共轭高度对太阳多层共轭自适应光学(MCAO)系统性能的影响。结果表明, MCAO系统中DM的最佳共轭高度取决于大气湍流的分布; 理论上, 太阳望远镜(D/r0=28.57)视场为1arcmin时, 只需两块DM, 太阳MCAO系统斯特列尔比(SR)可达0.55, 基本满足太阳望远镜的观测要求; 同时, 随着太阳望远镜口径的增大, 需通过增加DM个数以满足其在大视场观测的需求。

A multi-conjugate adaptive optics (MCAO) can offer a possibility of widening field of view (FOV) characterized by the isoplanatic angle, and the choose of conjugate height becomes a basic problem for MCAO, which influences the size of iosplanatic angle. Considering the application of lidar, the isoplanatic angle’s expressions of two deformable mirrors (DMs) MCAO for uplink and downlink are deduced. The effects of conjugate heights for dual-conjugate AO are thoughtfully discussed, and the isoplanatic angles are further analyzed. The results show that the isopanatic angle varies with the conjugate height and reaches the maximum as the conjugate height is at the optimal altitude. Moreover, the optimal conjugate height changes with the propagation distance.