自适应光学技术对波前畸变进行实时测量并校正,能够补偿诸如大气湍流等动态扰动的影响,获得接近系统衍射极限的分辨率。随着自适应光学技术的发展,已经在天文望远镜、视网膜成像、激光光束整形、光通信等领域得到应用。变形镜作为一种波前校正器,是自适应光学系统的核心部件。其中,基于压电驱动的变形镜以其大变形量、高带宽等优点受到研究者的青睐。本论文以PZT厚膜作为驱动材料,以研究低成本、低驱动电压、大变形量变形镜为目标,对压电厚膜MEMS变形镜和双驱动模式单压电片变形镜这两种变形镜进行研究。(1)压电厚膜MEMS变形镜研究。首先采用影响函数矩阵法研究变形镜参数对波前校正能力的影响,完善基于薄板理论和压电方程的电-机械耦合模型预测变形镜的变形行为。在此基础之上,对变形镜的结构参数如排列方式、致动器数目、影响函数、致动器尺寸、PZT/Si层厚度、镜面厚度等进行优化设计。研究压电厚膜MEMS变形镜的制作流程及关键工艺,采用研磨抛光技术实现高平整度硅基PZT的制备,成功研制满足波前校正要求的61单元变形镜样机。最后对变形镜样机进行测试,结果显示：100V工作电压获得约5μm的致动器变形量,一阶谐振频率为18kHz,16mm口径内PV幅值约为21μm,采用19单元和37单元对Zernike多项式像差进行重构,实验结果证明其具有较强的校正能力并适用于高阶像差的校正。(2)双驱动模式单压电片变形镜研究。该变形镜由两种类型致动器驱动：中心的致动器阵列用于校正波前像差,环形致动器用于产生整体偏置,只用正向驱动电压实现了双向波前校正能力。论文对其进行建模、优化、制备及测试。结果显示该变形镜的致动器变形量约为5μm@100V,最大离焦幅值为～15pm,初始镜面校平后优于λ/20RMS能够精确重构前5阶Zernike多项式面形,显示其优异的波前校正能力。该变形镜具有低成本、低驱动电压、大变形量等优势,具有在自适应光学中应用的潜力。(3)变形镜控制方法研究。研究基于波前反馈的控制方法,包括影响函数矩阵法和基于最速下降的闭环控制方法。通过影响函数方法实现变形镜初始镜面的校平,并重构Zernike多项式像差表征变形镜的波前校正性能。研究变形镜在光斑整形中的应用并搭建相应的实验装置。采用点扩散函数研究波前像差对光斑质量的影响。研究基于搜索算法(如模拟退火算法)的闭环反馈控制算法。经过变形镜对光束的校正,系统获得了按近衍射极限的聚焦光斑,为下一步应用奠定基础。基于以上研究,本论文在以下几个方面具有创新之处：(1)成功制备了满足波前校正要求的压电MEMS变形镜这一新类型变形镜,并对其校正性能进行表征；(2)提出了一种新型的双驱动模式单压电片变形镜,以正向驱动电压实现了双向波前校正能力；(3)搭建了基于泰曼-格林干涉仪的变形镜实验平台,可进行基于波前反馈和基于搜索算法的控制算法的实验研究。