气动光学研究的目的是避免或改善由于气动介质引起的光束质量下降。由于气动光学畸变的高频特征,目前的反馈控制自适应系统无法满足气动光学畸变实时校正对系统控制带宽的要求。因此,从自适应校正的角度出发,研究高速气动光学畸变波前的测量方法、寻求减小自适应光学系统波前处理机的计算延迟时间的新方法;另外,从系统优化设计的角度来考虑,对流场进行主动控制从而减少气动光学效应的发生是本文研究的主要内容。根据气动光学实验研究的比例定律,本文设计并加工了一套风速、温度可调,流场品质较好的低速热射流作为实验室气动光学研究的流场发生器,提供气动光学实验所需的流场环境。通过求解瞬态N-S模拟了低速热射流剪切层中相干结构的演化过程,运用几何光学方法分析了激光与剪切层的相互作用过程,建立了相干结构与光束的相互作用模型;基于该模型,将周期性的声波能量耦合到流场从而改变流场中相干结构的形成、发展的过程,以此达到减小流场气动光学效应的目的,即所谓的流场光学性质主动控制。小孔径光束技术(Small Aperture Beam Technique:SABT)是一种基于冻结湍流模型的动态、高速气动光学畸变波前测量方法,但该波前重构理论中忽略了与流场尺度相关的对流速度(Convection Velocity)的差异,因而势必给波前重构带来误差。本文运用小波分析的方法,计算了尺度相关的对流速度,并进行尺度相关的波前重构,从而获得相对更高精度的重构波前;分析了该波前重构方法的适用范围,并且指出了其稀疏测量的思想对于提高现有哈特曼波前传感器的响应频率也一定的借鉴意义。应用哈特曼波前传感器测量了波长为0.65 um的准直平面波通过热射流剪切层后的畸变波前时间序列,并对该畸变波前进行了本征正交分解(ProperOrthogonal Decomposition:POD)和低阶近似分析。结果表明,畸变波前可以用POD基来进行级数展开,并且少量POD基函数的组合对畸变波前的近似重构也非常有效,特别是当流场被周期声波激励所“调制”后,仅2个POD基函数就能对实际波前进行有效的近似重构,这一点对于减少模式法波前复原所需的模式数,从而减小波前处理机的运算延迟时间都有着重要的意义。波动光学研究结果表明:基于这种低阶近似波前的自适应校正亦能显著的提高远场的斯特列尔比,从而改善系统的性能,提高激光的远距传输能力。在对高频畸变波前的测量中,通过减少波前传感器的单元数来提高时间响应频率是常见的方法,但不可避免地会降低测量的空间分辨率。本文介绍了POD方法在如何基于有限、稀疏点的波前测量结果来提高测量的空间分辨率,从而得到高时间、空间分辨率的波前测量结果这一问题中的应用,由于只需对少量低阶POD基进行插值,因此相对于直接稀疏波前插值,该方法具有计算量少,插值精度高的优点,从而提供了一种新的高时间、空间分辨率波前测量方法。