在望远镜对目标成像过程中,由于大气湍流的存在使得空气折射率发生着随机变化,影响了目标在成像设备上的成像质量。目前,自适应光学系统是克服补偿大气湍流影响的最有效手段之一,但传统自适应光学技术存在着非等晕、视场小等问题,为此科研人员提出了多层共轭自适应光学技术(Multi-conjugate AO,MCAO)试图解决上述问题。其中,大气层析复原算法是实现MCAO技术的关键和前提,而波前探测器也是自适应光学系统当中最为重要的组成部分之一。光场相机作为一种新的波前传感装置,具有简单的光学结构、较高的光能利用率和探测精度等优点,受到了越来越多国内外学者的关注。光场相机由于其独特的光学结构,能够通过一次曝光来获得多个视线方向上的湍流波前信息。一台光场相机有望代替MCAO系统中多个波前探测器,实现多视角方向的大气湍流波前探测,并通过光场层析大气复原算法计算复原得到不同高度的大气湍流三维分布形貌,这一技术称为光场层析大气复原技术。本文主要研究光场相机在波前探测中的应用前景以及在光场层析大气复原技术中的重要作用,主要工作内容如下:1、对自适应光学技术的发展进行系统的回顾和介绍,了解其主要的工作系统组成部分,分析现阶段波前探测手段所面临的挑战和问题,结合国内外基于光场相机进行波前探测研究的背景,提出光场相机在大气层析领域的应用潜力。2、从几何光学和波动光学两个方向介绍光场相机波前探测技术理论根据,利用MATLAB建立了光场相机波前探测结构的数学物理模型和数值仿真系统,对光场相机探测复原单视角/多视角情况下,单阶/复杂多阶泽尼克模式波前分别进行了数值模拟仿真,仿真结果显示,光场相机波前探测结构用于波前探测具有一定的可行性。3、对光场层析大气复原算法进行了推导验证,分析了算法本身存在的模式耦合以及模式混淆误差,建立了光场层析大气复原技术的理论模型:利用一台光场相机波前探测结构代替传统层析模型中的多台波前探测器,通过探测不同高度符合Kolmogrov谱的大气湍流波前相位屏在不同视角方向上的累积波前,利用光场层析大气复原算法对不同高度大气波前进行重构,精度达到了预期设想。