为了满足高光束质量要求，校正激光束在传输过程中产生的波前畸变，改善激光位相分布，进而提高聚焦光斑的能量集中度，基于79单元微机械薄膜变形镜（MMDM）搭建了一套激光束整形实验系统。利用随机并行梯度下降（SPGD）算法，分别选择聚焦光斑半径、形心为中心的环围能量比和质心为中心的环围能量比作为算法性能指标，开展了激光束整形实验研究。3种情况下，分别经过58次、197次、133次迭代趋于收敛，但光斑半径作为性能指标时振荡严重；环围能量比从整形前的0200 5、0127 7、0200 5分别增加到整形后的0669 9、0733 9、0864 0。实验结果表明：MMDM用于激光束整形具有良好的效果，光斑半径作为性能指标整形速度最快，其次为质心环围能量比，形心环围能量比最慢；质心环围能量比作为性能指标整形效果最好，其次为形心环围能量比，光斑半径最差。综合比较，质心环围能量比作为性能指标时综合效果最好。

通过对微机械薄膜变形镜影响函数矩阵的奇异值分解, 构建了变形镜可以校正的像差模式空间, 分析了变形镜对正交基模式的校正能力和校正范围, 提出了一种变形镜闭环迭代控制算法。通过对影响函数矩阵低秩近似的方法滤除校正性能较差的基模式的影响, 实现了对畸变像差的有选择校正。以人眼出射波前为对象进行实验, 通过比较不同模式项数校正时的效果, 确定了最优校正模式项数的范围, 通过设置残差容限的方法, 消除了人眼晃动和眨眼的影响。实验结果表明:控制算法能通过选择合适的校正项数, 提高变形镜的校正性能, 并获取到了高清晰度的人眼视网膜图像, 为眼科疾病诊断和治疗提供了一种新的观察手段。

借助影响函数矩阵,分析了变形镜拟合波前像差的性能。提出了一种滤除高阶像差模式影响的波前控制算法,弥补了最速下降法无法通过模式选择优化校正过程的缺点,提高了变形镜的校正能力。对人眼出射的畸变波前进行实验,结果表明,经过6次迭代以后,波前的均方根值(RMS)达到衍射极限,系统闭环校正频率为15 Hz。说明基于该控制算法的微机械薄膜变形镜自适应光学系统能够实时校正动态人眼像差,为搭建小型化、低成本的人眼波前像差校正系统提供了算法支持。

介绍了微机械薄膜变形镜(MMDM)面形影响函数的意义,并测量了Oko 公司37 通道MMDM 的面形影响函数矩阵,实验验证了镜面形变和单个驱动电极电压平方之间的线性关系,分析了变形镜的校正能力,建立了自适应光学系统闭环校正的模型。搭建基于MMDM 的自适应光学实验系统,采用人眼出射波前作为原始波前进行实验,结果表明,模型能快速有效的对动态畸变波前进行校正,为基于MMDM 的自适应光学系统提供了算法支持。

为了求解基于微机械薄膜变形镜自适应光学系统的最优模式控制电压，以使系统的入射畸变波前像差降到最小，采用了一种基于改进的奇异值分解闭环实时模式复原算法，可通过调整控制参量g₁，g_θ和W来优化波前复原的复原精度和收敛速度；采用一人眼出射畸变波前像差作为自适应光学系统的原始波前，与现有的几种实时模式复原算法相对比，其在收敛速度和复原精度上都有所改善。结果表明，基于改进的奇异值分解闭环实时模式复原算法，在一定程度上解决了微机械薄膜变形镜由于薄膜面型宽交连值、驱动电极单调但非线性的控制电压求解问题，算法可调整空间大、适用范围也较广。

为求出自适应光学系统的最优校正电压, 提出了一种基于改进奇异值分解的闭环迭代控制算法。该算法可通过调节控制参量g1,g2和w,优化模式的收敛速度, 使控制信号快速收敛到一个可靠的局部最优解。搭建基于微机械薄膜变形镜(MMDM)的自适应光学系统, 测量光学影响函数并验证单个电极电压和镜面变形之间的准平方线性关系, 以及各个驱动器电极响应之间的线性叠加性。分别采用模拟眼和人眼出射波前作为原始波前进行实验。实验结果表明, 改进算法能快速有效地对静态或动态畸变波前进行校正, 为基于MMDM的自适应光学系统提供了算法支持。

为了解决微机械薄膜变形镜的由于整体薄膜宽交连值、单向形变所引起的Zernike模式像差校正能力较低的问题,采用了一种基于主成份分析的波前模式分析方法,方法利用对微机械薄膜变形镜驱动电极影响函数的相关分析,并对新向量组进行了降维处理,得到的模式复原波前基向量有助于减少测量噪声和计算误差的影响.方法对于基于微机械薄膜变形镜的模式控制电压的求解有着重要意义.