变形反射镜是自适应光学系统的核心器件，其校正能力受多种因素的影响，设计过程属于多维变量优化问题。针对现有变形反射镜设计方法需要进行长周期反复迭代，效率较低的问题，提出了一种新型变形反射镜设计方法。将遗传算法与弹性力学影响函数分析模型相结合，显著提升变形反射镜的设计效率，为变形反射镜的高效研制提供保障。基于该方法进行离焦、像散校正变形反射镜结构参数的设计。结果表明，该方法通过100次迭代就完成了11个变量的收敛优化，大幅减少个体计算量，实现变形反射镜的快速设计。

变形反射镜是自适应光学系统的核心部件，也是开展自适应光学技术研究的首要研究对象。本文首先介绍了中国科学院光电技术研究所从事自适应光学特别是变形反射镜技术研究的历史背景，简述了光电所变形反射镜技术早期的发展脉络。然后介绍了光电所研制的变形反射镜在我国历代惯性约束聚变系统中的应用情况，也介绍了在天文光学观测领域典型的多单元变形镜技术及应用成果，随后还介绍了应用于生物医学等领域的紧凑型变形反射镜的发展情况和研究现状。最后介绍了光电所在变形反射镜技术新方向的研究情况。

在惯性约束聚变(ICF)高功率激光装置中，自适应光学波前控制技术是确保装置安全顺畅通光以及光束质量达标的关键技术之一。本文介绍了我国 ICF激光装置中波前控制技术从概念的提出到大规模应用的研究和发展历程，重点介绍了在装置不同发展阶段针对装置的需求所研究和发展的关键系统技术，包括基于远场焦斑优化的爬山法波前控制技术、基于双波前传感器数据融合的全装置波前控制技术，以及旋转腔激光装置结构中基于双变形镜的全系统波前控制技术，并介绍了相关技术在装置上的应用结果。

衍射望远镜受限于衍射效率,其成像质量受到非成像级次衍射光的影响。针对这一问题,提出了一种基于噪声自适应估计的块匹配三维协同滤波图像复原算法。首先通过主成分分析法估计出模糊图像的噪声方差,然后结合已知的点扩展函数,通过所提算法复原出清晰图像。搭建衍射望远镜成像系统并开展实验研究。数值仿真和实验结果表明,所提算法使得复原图像调制度相比退化图像提高了3.58倍,能有效改善复原图像的细节,利于暗弱目标成像。所提算法为衍射望远镜系统对暗弱目标进行高对比度成像提供了一种有效的路径。

为了满足自适应光学系统校正高阶像差和在低温环境下正常使用的要求, 研制了一块913单元的分立式连续表面变形镜。利用300mm口径Veeco干涉仪对变形镜的部分静态性能进行了面形影响函数测量、面形展平测试和Zernike像差拟合测试, 并利用4-D动态干涉仪测量了变形镜从20℃~-10℃的面形。结果表明, 913单元分立式连续表面变形镜各驱动点的最大变形量为±3.5μm, 相邻驱动器之间的交连值为9.3%; 展平后的镜面面形波峰波谷值为66.0nm, 均方根值为5.0nm; 913单元变形镜对Zernike多项式的拟合能力达到了设计要求; 变形镜的低温镜面变形不影响系统的正常使用。该913单元变形镜能够满足自适应光学系统的实际使用要求。

人眼像差对视功能具有重要影响。目前相关研究结果多在单眼条件下获得，为解决双眼像差对双眼视功能的影响等问题，搭建了一套双眼高阶像差校正与视觉分析系统。该系统采用哈特曼波前传感器和37单元变形反射镜对双眼像差进行测量和控制，并通过对控制器增益的优化设计，实现了对双眼像差的稳定闭环控制。视标显示器采用有机发光二极管微型显示器，其视频输入信号直接由计算机产生，可方便地实现多种视功能测试。利用该系统进行了初步的立体视觉实验，展示了该系统在双眼视功能测试方面的巨大潜力。双眼高阶像差校正与视觉分析系统的建立为未来双眼视功能的深入研究提供了必要的技术和设备支持。

变形镜作为自适应光学系统的核心器件，波前拟合能力是其主要性能参数。设计了三角形、正方形、环形3种驱动器排布方案，采用Ansys建模提取了驱动器影响函数。对比仿真分析了设计方案对低阶基元像差及其1000帧组合像差的拟合能力。结果表明：环形排布为非接触、力驱动器的最佳排布方案，对组合像差的拟合残差均方根值平均值为0.016 μm；环形排布变形镜对离焦和像散峰谷值分别大于30 μm和15 μm时均有很好的拟合能力。分析了单驱动器失效对变形镜波前拟合能力的影响，结果表明，驱动器失效对音圈电机变形镜拟合能力影响甚小，拟合残差均方根值变化小于0.01 μm。

无论是在地基成像系统中还是太空望远镜中，轻质镜以其重量轻、刚度大的优点已经得到广泛的应用，然而镜子发射到太空后由于太空环境下温度变化和重力卸载等因素，造成镜面面形变差。为了解决这一难题，设计了一种新型的用于空基成像系统的轻质能动镜，在发射太空后能够校正自身变形。采用该轻质能动结构可以使主镜口径做到更大，从而提高分辨率和灵敏度，同时能够实现在轨改变镜面面形，将镜面的面形控制在光学误差内。采用拉丁超立方采样和全因素搜索优化算法，结合参数化有限元建模，对能动镜进行了结构优化设计，得到了筋板厚度、镜面厚度、驱动器长度、底座高度对离焦拟合误差和拟合离焦最大峰谷值的影响趋势。这对于未来针对特定任务的设计有一定的参考价值。

基于有限元分析设计了一种利用应变片进行位移反馈的微型精密压电驱动器。该驱动器采用位移放大机构对微小应变进行放大, 通过测量应变电桥的输出间接地测量出驱动器的微小位移。标定实验显示该传感器的精度为80 nm。虽然该应变反馈式压电驱动器是一种含有迟滞特性的复杂受控对象, 但是在准静态条件下PID算法可以对其进行有效的闭环控制。分别进行了准静态的定位实验和跟踪实验, 结果表明, PID控制算法对本驱动器的控制效果比较理想。在定位试验中, 定位效果与开环相比有明显提高, 定位误差不超过0.059 μm; 单频正弦信号跟踪误差不超过0.085 μm; 多频正弦信号跟踪误差不超过0.092 μm。 实验证明了该方法在准静态条件下的有效性。

中国科学院光电技术研究所的自适应光学研究始于1979年。1980年建立自适应光学研究室，在突破了波前校正器（包括变形反射镜和高速倾斜反射镜）、波前传感器、波前处理机和波前控制等关键技术的基础上，研制了一系列自适应光学系统，用于天文望远镜、惯性约束聚变和人眼视觉研究等。