在自适应光学波前校正过程中, 变形镜驱动器在交变电场的长期循环作用下会产生疲劳效应.根据自适应光学控制系统的误差传递函数和开环传递函数, 结合压电陶瓷驱动器的疲劳特性, 分析了压电陶瓷驱动器在产生疲劳后对变形镜延时、校正带宽和系统稳定性的影响.结果表明, 对于同一种压电陶瓷, 其压电性能、介电性能及机电耦合性能均随着循环次数的增加而下降, 其中机电耦合性能对变形镜延时影响最大.在变形镜校正畸变波前过程中, 压电陶瓷驱动器的循环使用次数越多, 变形镜延时越长, 其校正得到的误差抑制带宽和开环带宽越小, 而相位裕度变化范围表现出缓慢增大的趋势, 系统的稳定性也随之变差.

为提高基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的高分辨率自适应光学(AO)系统的有效校正带宽, 提出了分级SPGD波前校正的方法。在每一级SPGD波前校正中, 将高分辨率波前校正器的控制单元按位置分成多组, 每一组都施加相同的控制电压作为一个控制变量。采用的校正级越高, 独立的控制变量的数目也越多。多级SPGD自适应光学系统按从低到高的等级顺序对畸变波前进行校正。以一个具有16×16控制单元的分立活塞式波前校正器为基础建立了基于3级SPGD波前校正的自适应光学系统的数值模型, 并针对大气湍流引起的某一帧随机相位屏做了模拟校正实验。结果表明采用分级波前校正后收敛速度提高了23%, 此方法确实提高了基于随机并行梯度下降算法的自适应光学系统的有效校正带宽。