目标在回路(Target-in-the-loop,简称TIL)自适应光学系统,具有光学反馈、无需辅助信标激光等优势,是高能激光系统小型化、实用化的有效途径之一,近年来成为高能激光技术领域的研究热点。论文对TIL自适应光学系统展开了全面系统的研究,建立了光纤激光阵列TIL自适应光学系统的模型,分析了光纤激光阵列TIL自适应光学系统的可行性、技术途径与实现、高能光纤激光实际环境传输性能等三个关键问题。论文首先对传统自适应光学技术、TIL自适应光学技术进行了回顾。介绍了传统自适应光学和TIL自适应光学的基本原理及特征,分析了传统自适应光学的不足以及TIL自适应光学的优势,重点分析了TIL自适应光学技术的发展动态与趋势,以及近几年取得的一系列标志性成果。基于相干光传播的抛物线型方程和目标表面的波散射方程,建立了光纤激光阵列TIL自适应光学系统的理论模型。通过理论分析,验证了TIL自适应光学用于大气湍流中光纤激光阵列自适应相位锁定的可行性。搭建了光纤激光阵列TIL自适应相位锁定实验系统,开展了2路/9路高功率光纤激光阵列实验研究。首先,成功实现了2路/9路10瓦级光纤激光阵列TIL自适应相位锁定,开环时,长曝光光斑对比度不足15%,锁相时,对比度高于70%,验证了TIL自适应光学对高功率光纤激光相位噪声和湍流扰动的补偿和抑制作用,在激光功率和控制路数方面均为目前光纤激光阵列TIL自适应光学领域最高水平;其次,开展了光纤激光阵列TIL自适应光学系统闭环控制性能研究,对旋转目标和强湍流扰动对系统闭环控制性能的影响进行了研究,研究结果表明:目标特性对TIL闭环控制性能影响较大,当目标旋转时,闭环控制性能大幅下降,而强湍流扰动对TIL闭环控制性能影响基本可以忽略。推导了高能激光经过实际光学系统后光束质量退化的一般公式,定量分析了光纤激光经准直系统后的光束质量变化。研究表明,对于高能光纤激光准直扩束系统,透镜材料、透镜结构等参数对实际效能有重要影响,存在一个最优输入功率值,通过合理设计准直系统,可以使高能光纤激光经系统后的光束质量达到最佳。结合实际发射光学系统和实际大气传输特性,建立了考虑发射光学系统、平台机械抖动、光束相干性、大气湍流、热晕等因素的实际高功率光纤激光传输模型,准直系统、热晕对光束传输性能影响属首次考虑。定量分析了各因素对目标靶面上能量的影响,可为实际高能激光系统的性能评估提供参考。