针对压电快速倾斜镜（PFSM）堆叠式压电陶瓷（PZT）（Pb（Zr， Ti）O₃）驱动器伸长和弯曲变形的应力集中问题，依据Timoshenko模型，分析了堆叠式PZT驱动器的伸长弯曲变形模型。基于压电耦合理论分析了堆叠式PZT驱动器动态应力与驱动电压幅值、驱动电压频率和PZT驱动器顶部柔性铰链抗弯刚度的关系。采用响应曲面法获得了300 mm口径PFSM的优化设计和工作参数。研究方法和分析结果可以为优化PFSM关键元件参数，降低堆叠式PZT驱动器应力集中，提高PFSM的耐久性和可靠性提供参考和借鉴。

针对光轴控制系统中广泛使用的压电倾斜镜,分析了其基本工作原理和数学模型,描述了遗传算法在模型中的辨识过程。针对大口径压电倾斜镜,搭建了频率响应测试系统,实现了对压电倾斜镜传递函数的参数辨识。对比辨识传递函数的频率响应与实际测量数据,并对系统中存在的多个谐振点的辨识精度进行分析。实验结果表明,在各个谐振点处,遗传算法获得的传递函数频率响应与实际测量数据具有较高的一致性,利用该算法得到的传递函数能更为准确地分析光轴控制系统的动态特性,有针对性地设计先进的控制算法,从而达到提高光轴控制系统性能的目的。

针对压电快速倾斜镜的反作用力对有效光学元件的复杂动态耦合干扰问题,提出了基于多体系统的刚柔耦合和基于压电耦合理论的反作用力分析方法,对压电倾斜镜的反作用力进行了分析和补偿,并获取了中心柔性铰链的热点应力。理论和实验结果表明:压电耦合求解相比于多体系统的刚柔耦合方法更能准确地反映反作用力特性,实验测得反作用力的补偿比例可以达到90.14%,与数值计算的差异为3.96个百分点。所提的反作用力分析方法和动量补偿结构可为计算和消除倾斜镜的反作用力对光学系统的耦合干扰提供借鉴。

自适应光学系统中的压电倾斜镜通常是用来实时校正大气湍流引起的波前畸变，但压电倾斜镜的响应都有较大的非线性迟滞效应，大大降低了倾斜镜的到位精度，并且影响系统稳定性，制约了倾斜校正系统的带宽，因此需要对迟滞现象进行建模，通过建立的模型进行补偿。本文通过引入迟滞算子，使用贝叶斯正则化训练算法训练BP神经网络来构建压电倾斜镜迟滞模型，以中国科学院光电技术研究所自主研制的压电倾斜镜为对象开展了实验研究。最后的实验结果表明，通过BP神经网络构建的压电倾斜镜迟滞模型具有较准确的辨识能力，其中，X方向的迟滞大小由6.5%降低到了1.3%，Y方向的迟滞大小由7.1%降低到了1.6%。

由于压电倾斜镜的机械谐振会降低自适应光学伺服控制系统的校正带宽, 本文研究了补偿压电倾斜镜谐振特性的方法。根据压电倾斜镜机械谐振频率特性的动态模型和实测数据，提出了利用压电倾斜镜高压驱动器中现有的可编程逻辑门阵列(FPGA)设计多阶双二次型数字滤波器来优化系统的动态频率响应特性。基于多阶双二次型数字滤波器，高压驱动器能实时补偿驱动对象的频率特性，完成压电倾斜镜的正谐振和反谐振的同时补偿。将其与压电倾斜镜作为一体，可实现平坦的幅频特性，从而避免机械谐振，提高伺服控制带宽。实验结果表明: 相对于传统的高带宽高压驱动器，提出的具有频率特性补偿功能的高带宽高压驱动器可在同样超调量下使系统误差带宽从56 Hz提高到了80 Hz，并且低频抑制能力也得到提高。实验显示提出的具有频率特性补偿功能的高带宽高压驱动器更适合压电倾斜镜的高速动态应用。

为了提高自适应光学系统中压电倾斜镜(TTM)的控制精度，提出一种基于神经网络建模对TTM的磁滞非线性进行补偿的方法。实验得到TTM磁滞响应数据后，选用反向传播(BP)神经网络对磁滞特性建模，并通过软件编程模拟磁滞响应过程，进而实时计算控制量，实现对TTM的前馈补偿控制。为了满足自适应光学系统中实时控制的要求，根据BP网络内部运算机理得到BP网络运算的函数表达形式，以函数运算代替耗时的网络仿真运算。仿真结果显示这种替代在保证运算精度的前提下，提高了运算速度。实验结果表明，通过补偿，TTM的磁滞非线性减小约70%，提高了TTM的整体线性度和控制精度。

随着红外光电系统由扫描型发展为凝视型，搜索范围大大增加，但仅得到目标的二维信息，如能与激光主动探测结合，得到角度-角度-距离的三维信息，可实现两者优势互补。提出了一种基于压电倾斜镜(PFSM)的具有指向功能的激光主动探测技术，与凝视型红外相机实现双模复合探测，对目标进行精密跟踪。对其视场、线性度进行了分析和系统测试，所得结果与计算结果相符。

本文提出了一种基于薄板径向支撑的高速压电倾斜镜。首先根据拉格朗日方程建立了这种基于薄板径向支撑的高速压电倾斜镜简化模型的动力学方程，然后推导出了其倾斜方向谐振频率理论表达式；根据理论表达式可以预测倾斜镜的动态性能。在理论分析的基础上，我们制作了这种薄板结构，将其加入到原有结构倾斜镜中，进行了频响测试以及角行程测试分析。比较理论分析和实验测试分析的结果，证实了薄板部件的加入对于倾斜镜应用带宽的提高有显著作用。

为保持傅里叶变换光谱仪在动镜运动和外界震动等恶劣条件下动镜和定镜间的准直性,采用了相位检测法检测准直性误差的定镜自适应校正技术.介绍了相位检测法的基本原理和实现自适应校正的途径以及自适应校正系统的基本结构.采用高速压电倾斜镜作为驱动补偿元件,分析了相位检测精度对校正精度的影响.实验结果表明,采用自适应校正后系统干涉效率明显提高.