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众所周知，自适应光学系统可以消除大气湍流对地基望远镜的影响，使地基望远镜实现衍射极限的高分辨力成像。但传统自适应光学系统有许多限制条件，例如等晕角，导引星亮度等。此外，传统自适应光学系统也只可以实现小视场内的校正。为了克服传统自适应光学系统的限制和得到大视场的校正，本文研究的内容-多层共轭自适应光学系统就诞生了。 LINC-NIRVANA利用层向多层共轭自适应光学系统，在大双目望远镜上实现两个8.4m口径望远镜的大视场内“斐索干涉”成像。本文以LINC-NIRVANA实验室为基础，深入的研究层向多层共轭自适应光学系统的系统性能和工程实现。 首先，本文描述了Kolmogorov大气湍流理论、自适应光学系统常用大气参数及三维大气湍流的测量方法，并由此指出传统自适应光学系统的不足之处和引出其解决方案-多层共轭自适应光学系统。 接着，本文系统的介绍了LINC-NIRVANA系统和LINC-NIRVANA实验室系统，并探讨了将LINC-NIRVANA系统的多视场和星放大器思想应用到下一代大型望远镜系统中以实现大视场校正的可能性，并给出了在大型望远镜上实现多层共轭、多目标自适应光学系统和地面层校正自适应光学系统的框架图。 紧接着，本文阐述了在LINC-NIRVANA实验室系统中得到成功验证的多导引星无碰撞获取方案。该方案为多层共轭自适应光学系统，多目标自适应光学系统等需要获取多个导引星的自适应光学系统提供了借鉴和参考。本文还对四棱锥波前传感器的特性，变形镜与波前传感器之间的匹配和共轭关系等方面进行了深入研究。 然后，本文通过深入的研究层向多层共轭自适应光学系统的校准问题，给出了量化自适应光学系统影响矩阵的参数，找到了在噪声环境下实现快速校准多导引星和多传感器自适应光学系统的方法。该方法可以广泛的应用在各类自适应光学系统中，特别是对利用自然导引星进行可变形次镜的校准有着重要的指导意义。 最后，本文深入的研究了层向多层共轭自适应光学系统在不同大气湍流高度和湍流强度下的性能，给出了LINC-NIRVANA高层大气层向多层共轭自适应光学实验系统的低阶和高阶Zernike模式闭环校正效果，实验证明了层向多层共轭自适应光学系统总是可以实现大视场内的一致性校正。