由于温度、湿度、运动速度等的随变性和不均匀性，导致地球大气中存在着复杂多变的湍流。湍流对大气的许多物理、化学、和动力学过程都有着重要的影响。其中，由于湍流导致的大气折射率的随机变化，从而对大气中光波传播特性的影响受到特别的关注。光波在湍流大气中传播，会产生光强闪烁、波前畸变等问题，使光学成像的分辨率降低，使激光束的特性遭到破坏……极大地限制了许多光学技术应用的范围和效果。　　 对大气湍流的研究可通过理论模拟，更有效的是通过实验测量和分析。在许多大气湍流测量手段中，哈特曼—夏克传感器既能测量由大气湍流所导致的光波波前畸变，又可以测量大气的湍流特性，是大气湍流研究中的一种重要测量仪器。　　 最方便的大气湍流测量研究方法是遥测方法。将湍流测量手段和激光雷达技术结合起来，就可以达到这一目的。这种主动式的大气湍流探测方法，可称为湍流探测激光雷达：如采用哈特曼—夏克传感器，则既可以用于湍流波前探测，作为自适应光学的波前校正基准(激光导星技术)，又可用于湍流特性探测：如仅仅只需要对湍流特性进行探测，则可以采用更为简单的差分像动传感器手段。　　 本论文即围绕着哈特曼—夏克传感器的理论和技术，以及哈特曼—夏克传感器和差分像动传感器湍流探测激光雷达的技术和应用开展了研究，具体内容如下：　　 1.利用傅里叶光学对微透镜阵列的光学特性进行了分析，建立了微透镜阵列的数学模型。分析了由于衍射效应对光斑质心精度的影响，及其对哈特曼—夏克传感器探测动态范围的影响，为合理设计哈特曼—夏克传感器提供了依据。　　 2.由于哈特曼—夏克传感器通常是按不同的需要，通过选择适当参数的微透镜阵列和CCD或ICCD组装而成，在组装过程中会产生组装误差。分析了两种组装误差的产生机理并给出了校正组装误差的方法，对于提高波前重构精度有指导意义。　　 3.由于大气湍流对光波传播影响很大，人们一直在寻求各种方法探测大气湍流的时间和空间的分布和演化。我们研制成功了两种激光雷达型的大气湍流探测设备，即差分像动传感器湍流探测激光雷达和哈特曼—夏克传感器湍流探测激光雷达，从而实现了大气湍流的遥感探测。利用前者对不同高度的湍流参数随时间的变化进行了探测，并通过控制导星的高度实现了对大气折射率结构常数高度廓线的测量；利用后者对湍流的功率谱指数因子β进行了实测，得到的结果基本符合Kolmogorov谱，并利用大气回波光的哈特曼光斑阵列进行了波前重构。这两种激光雷达技术的成功实现，将有助于促进我国大气湍流探测研究和自适应光学激光导星技术的发展。