基于光学相控阵的激光相干合成和光束扫描精度受相位噪声影响,严重制约了其在激光合成、远距离激光通信、激光三维成像和生物内窥成像等领域的应用。研究表明,自适应光学技术能有效的补偿相位噪声,改善输出光束质量,提高扫描精度,是光学相控阵系统中的关键技术之一。本文主要围绕光学相控阵相位噪声快速补偿方法,以及高精度的光束扫描电压获取方式,采用理论仿真分析及实验验证,开展系统的论文研究。论文的研究内容主要包括以下五方面:1、基于夫琅禾费衍射理论,数值仿真了光学相控阵输出光束远场强度分布,分析其光束扫描、光束宽度以及光束扫描范围等基础特征;针对光束相位噪声补偿需求,基于SPGD算法理论模型,仿真分析了光束优化效果,理论研究提高优化效率技术途径;2、面向光学相控阵系统驱动及光束优化需求,自主研制了基于FPGA+DSP架构的相位控制系统,采用FPGA进行数据接口控制,DSP执行优化算法,该结构满足系统光束优化速度和精度需求;详细分析了各个模块设计思路、SPGD算法的实现过程以及其性能分析;系统具有通道拓展性,以适应不同的光学相控阵系统需求;3、针对光纤相控阵系统光束快速优化与高精度扫描需求,采用自适应光学技术,开展了光纤相控阵多光束快速优化与扫描特性研究。利用高速铌酸锂相位调制器,自适应优化算法采用SPGD算法,搭建一维16阵元光纤相控阵系统,采用“先校正,后扫描”方式,实现光纤相控阵多光束优化与扫描。实验结果表明,SPGD算法单次迭代时间不超过10μs,输出光束主副瓣抑制比接近理论值,扫描速度达到500k Hz;在此基础上,提出了基于SPGD算法和面阵APD探测器作为其性能评价函数值采集器,具备高效和高精度的扫描电压获取方式。利用二维8×8阵元光纤相控阵进行实验研究,实验结果表明,输出光束质量和光束扫描精度符合预期,验证了该方法的可行性和有效性;4、针对硅基光学相控阵芯片相位噪声快速补偿,特别是光场强度极为微弱的输出光束优化需求。采用单点APD探测器作为SPGD算法性能评价函数值采集器,设计光束优化测量系统。以一维64阵元非均匀硅基光学相控阵芯片进行实验研究,实验结果表明,该系统不仅能有效实现光束优化,单指向的光束优化速度也从传统数十分钟级别提高到了秒量级,效率上得到了极大的改善。并且分析了相位控制系统性能与硅基光学相控阵芯片响应特性之间的匹配问题,提高光束优化质量,有效解决微弱光信号下的光束优化;5、针对硅基光学相控阵芯片光谱探测应用需求,开展基于硅基光学相控阵芯片多波长光场合成与光束控制研究,建立了硅基光学相控阵芯片多波长激光合成理论模型,仿真分析了完全相干合成和利用SPGD算法进行相位噪声补偿后的合成光场强度分布特性;实验研究了一维64阵元硅基光学相控阵芯片1535nm+1565nm双波长激光合成,验证理论结果;根据理论指导,采用两个单点APD探测器分别对两个波长进行采样,并且将其乘积作为SPGD算法的性能评价函数值,实现了合成光束中各个波长分量强度可调以及扫描角度可分离的效果,实验结果与理论基本符合。