以失配角为例，与相同尺寸的单点探测器比较，理论结合数值计算分析了空间相位畸变对非成像阵列探测器的影响。结果表明，阵列中各单元信号的附加相位将严重影响这种探测方式的性能。因此，就空间相位畸变而言，简单的线性叠加方式不足以克服其影响。根据分析结果指出，若能通过一定方法消除阵列中各单元输出信号的附加相位，即使在空间畸变很严重的情况下，非成像阵列探测器仍然可以大幅提高系统的信噪比。丰富了非成像阵列探测器在外差探测领域的研究，对其应用具有一定的指导意义。

受视场角限制，由单点探测器构成的外差系统不能充分接收信号光功率。若用阵列探测器代替单点探测器进行探测，可以增大接收视场，从而增强接收的信号光功率。在考虑到热噪声、光电流饱和效应的前提下，对这种阵列探测系统的信噪比进行了分析。结果显示，相对于单点探测系统，阵列系统能较大幅度地提高信噪比。分析结果指出，由于叠加的热噪声存在，当阵列中单元数增加到一定数量后，信噪比不能得到进一步提高。还对非等相位叠加因素对系统性能的影响进行了分析。由于系统输出信号是各探测单元输出信号的叠加，实际应用中不可能实现完全的等相位叠加，通过数值计算，分析了该因素的影响，并指出它可以在硬件设计过程中得到有效控制。

激光测距仪的测距精度是衡量其性能的重要指标。本文设计了测距精度检测系统, 可实现 1 064 nm、1 540 nm、1 570 nm三个波长的测距仪精度检测。该系统由激光距离模拟器和激光辐射模拟器组成, 辐射模拟器可产生脉宽 5～250 ns、最大峰值功率 0.1 W的回波脉冲; 基于 FPGA的距离模拟器可以实现 50 m～990 km的大量程距离模拟。本文提出并实现辐射模拟器和距离模拟器的闭环检测, 以此测量消除系统固定误差。经过检测该系统全量程内距离模拟误差都小于 1 m。

为了实现大振幅、高带宽振动的非接触精密测量, 本文提出了一种全新的光学测量系统。两束相干光的远场干涉条纹位置与两束光之间相位差有关, 相位差的变化将引起干涉条纹移动。获取主条纹的位置, 可以计算两束光之间的相位差, 基于此可以还原物体的振动位移量。对振幅为 10 μm的单频余弦信号以及频率为 44.1 kHz的声音信号仿真还原结果表明, 本文所提光学系统和还原算法可以还原出亚微米级的振动信号, 并能准确还原出音频信息。

空间失配角是影响外差探测的主要因素之一，很小的角度失配就会导致中频信号极为微弱。通过分析提出，外差信号的振幅可以视为探测器量子效率分布函数的傅里叶变换，基于此提出一种单元增益可调的阵列探测器接收方法。该方法通过设置阵列中探测单元的增益系数，使阵列有效量子效率分布函数的频谱特性匹配信号光与本振光形成的干涉光场，以此提高存在失配角时的中频信号的强度。通过对有效量子效率分布函数的调整，匹配不同角度入射的信号光，即可达到高速扫描探测的目的。

电控液晶光栅在卫星激光通信、激光雷达的光束指向应用中具有体积小、光束灵活可控的优势。而获取电控液晶光栅对光波前的相位调制分布则是评价液晶光栅性能的关键。提出液晶光栅调制波前相位的共轭移相干涉测量技术，通过实验对比验证了实测远场分布与近场相位计算远场分布的一致性，由此可实现由近场相位测量的光束指向控制新方法。

介绍一种新的像差探测方法，该方法能够探测整个惯性约束聚变(ICF)光学系统的像差。驱动变形镜调制各种不同的像差加入ICF光学系统，从而导致远场的焦斑变化，此时将CCD放置到远场探测焦斑强度，同时采用哈特曼－夏克波前传感器在近场探测系统像差变化量。根据不同的系统像差变化量以及与其对应的远场强度，利用改进的相位反演算法可以计算出整个光学系统的像差。数值模拟表明，该方法可以测量并校正整个ICF系统的光学像差。

为了提高遗传算法(GA)控制的自适应光学(AO)系统的收敛性能,建立了一套新型的基于泽尼克(Zernike)模式系数的19单元自适应光学系统模型。在优化过程中,遗传算法不直接优化变形镜(DM)19个驱动器上的电压值,而是优化前10阶泽尼克模式系数。推导出19个电压值与前10阶泽尼克模式系数之间的关系矩阵,并进行了对比数值仿真。结果表明,该系统能够更好地校正固体激光器系统输出光束的波前像差。相对于直接优化变形镜电压值的无波前自适应光学系统,该自适应光学系统能够将遗传算法的收敛速度提高5倍以上。

光束通过神光-Ⅲ原型装置四程放大系统发生了90°旋转和扩束.在四程放大系统腔镜处放置变形镜校正系统像差是一种新的自适应光学方案,推导出被校正像差与变形镜面形之间的数学关系.理论推导表明,在扩束比大于1的前提下,腔镜处变形镜可以校正系统输出的任意类型的像差,且变形镜对应的面形唯一.理论分析和计算仿真说明该方案的校正能力与像差类型和扩束比有关,扩束比增大将增强变形镜校正像散的能力,但系统旋光消像散的能力也将减弱.