自适应光学技术能够对波前像差进行有效补偿,进而广泛应用于天文观测,激光光束净化和人眼医疗成像等多个领域。随着这些应用领域的不断发展,同步校正大行程和高空间频率的波前像差成为了自适应光学亟待解决的主要问题之一。近年来,作为自适应光学系统核心器件的变形镜虽然取得了长足的发展,但单一变形镜仍难以满足系统对大行程高空间频率像差同步校正的需求。为解决这一难题,采用不同类型波前校正器组合而成的多级校正器自适应光学系统成为了当前解决这一问题的有效手段。然而,多级校正器自适应光学系统虽然能利用不同波前校正器在行程和空间频率上的优势来提升系统对波前像差的校正精度与行程,但却不得不面临不同波前校正器之间的耦合补偿对系统像差补偿能力和稳定性造成的影响。本文从典型的woofer-tweeter双变形镜自适应光学系统出发,其中woofer用于校正大行程低空间频率像差,tweeter用于校正小行程高空间频率像差,以实现woofer和tweeter变形镜在空域上的解耦控制为研究重点,开展了一系列多级校正器自适应光学系统解耦控制技术的理论与实验研究。论文主要研究内容包含以下几个方面:首先,从像差补偿能力和耦合抑制能力两个方面对当前最为有效的多级校正器解耦控制技术之一-Zernike模式解耦控制算法进行了系统的分析。在像差补偿方面,验证了Zernike模式解耦算法对大行程高空间频率像差的校正存在一定的局限性:因woofer对不同阶次Zernike模式像差的拟合精度不同,致使采用Zernike模式为woofer和tweeter分配像差时难以充分发挥woofer和tweeter在行程和空间频率上的优势,进而在面临一些大行程高空间频率波前像差时难以获得较好的校正精度。在耦合抑制方面,验证了Zernike模式解耦算法在耦合抑制上存在的两个缺陷:其一,同样因woofer对不同阶次Zernike模式像差的拟合精度不同,致使在不适当的Zernike模式像差分配方式下,woofer与tweeter之间的耦合误差将难以抑制;其二,Zernike多项式的一阶偏导数不具备正交性,致使在抑制woofer和tweeter之间的耦合时必须引入Zernike理论面形和测量tweeter各个驱动器响应函数面形,这一环节将会因为tweeter驱动单元数目巨大而变得繁琐,但必不可少。其次,针对Zernike模式解耦算法因其Zernike多项式的一阶偏导数不正交而使得耦合抑制过程中必须引入Zernike理论面形和测量tweeter驱动器响应函数问题,将拉普拉斯本征函数引入到多级校正器解耦控制技术中。通过求解不同边界条件下的拉普拉斯本征方程可以得到不同光瞳区域下的二维正交本征函数,利用这些不同光瞳区域下的本征函数可以方便地将多级校正器解耦控制技术应用于不同光瞳区域需求的自适应光学系统中。理论推导验证了拉普拉斯本征函数一阶偏导数的正交性,进而证明了采用拉普拉斯本征函数对woofer和tweeter进行耦合抑制时无需测量tweeter驱动器响应函数面形的可行性。数值仿真验证了拉普拉斯本征函数解耦控制算法的像差补偿能力和耦合抑制能力,实际系统的实验结果与数值仿真保持一致,证明了该算法在实际系统中的有效性。再次,针对Zernike模式解耦算法因像差分配方式而不能充分发挥不同波前校正器在行程与空间频率上的优势问题,提出了一种基于直接斜率的解耦控制算法。通过woofer斜率响应矩阵构造而来的斜率正交基,不仅能更加合理地分配波前像差,而且其正交性同样避免了测量tweeter各个驱动器响应函数面形。数值仿真证明了该算法能够实现对woofer和tweeter的同步解耦控制,且验证了该算法在像差校正适用范围上要优于Zernike模式解耦算法,同时其耦合抑制过程相比于Zernike模式解耦算法更为简单有效。最后通过实际系统对该算法的像差补偿能力和耦合抑制能力进行了实验验证。最后,提出了一种基于投影抑制的解耦控制技术,该方法通过向量投影的方式可以直接计算出tweeter控制向量中包含的与woofer相耦合的电压成分,将其剔除,进而实现woofer和tweeter的解耦控制。通过数学推导在原理上论证了其可行性,并给出了该方法的前提条件,即引入的波前复原矩阵其列向量必须具备正交性。数值仿真表明,采用投影抑制的解耦控制方式不仅能更好地抑制不同波前校正器之间的耦合补偿,并能大大降低因耦合抑制过程而引入的计算负担,尤其在tweeter驱动器数目巨大的自适应光学系统中。实验结果表明,采用投影抑制的解耦控制方式能够实现对woofer和tweeter的同步控制,和它们之间耦合误差的有效抑制,即使在变化较快的动态波前畸变条件下。