自适应光学系统是大口径天文望远镜系统、激光光束质量控制系统、激光传输等系统中的重要仪器之一。自适应光学波前实时处理机是自适应光学系统的重要组成部分,它的计算性能直接决定了系统的校正效果。提高自适应光学实时处理器的性能是降低自适应光学系统校正残差以及提高系统远场能量集中度的重要手段之一。本文以自适应光学(AO)波前实时处理方法为研究课题,以提升远场能量集中度为目标,重点研究了自适应光学实时处理的延迟对误差的影响,基于通用CPU的高性能实时处理架构,以及在该处理架构下针对激光净化等领域提升远场功率密度的新的复原算法。主要研究内容包括四个部分：1.文章首先研究了大单元数AO实时处理系统的运算特性及需求；通过对在Kolmogorov大气湍流模型下,采用积分控制器的自适应光学系统中,波前实时处理延迟对时域控制残差的影响进行分析,指出自适应光学实时处理系统的目标是在短时间内实现高性能计算。对实际处理系统的性能对残差的影响进行了数值分析,与经典的Greenwood误差模型进行了对比研究,指出在有延迟的真实系统中,Greenwood误差估计模型的fc近似为误差-3 db带宽。2.研究了基于中央处理器(CPU)的处理系统对AO实时处理的适应性；对采用CPU实现大单元数AO系统的复原计算性能进行了研究,指出CPU的计算性能具有明显的两段特性,且在短时间内具有很高的性能。研究结果为采用CPU实现极大规模自适应光学系统中的复原运算提供了设计依据。为精简实时处理机的结构,提出了一种基于实时操作系统的在单计算机中集成实时处理与监控的处理机架构,分析了该架构的极限性能,最终首次在单板上实现了2000单元级自适应光学2000 Hz的波前实时处理。3.研究了倾斜镜与变形镜的耦合问题,以提升变形镜对高阶像差的校正效果；针对无法完全抑制倾斜的闭环控制自适应光学系统,研究了倾斜镜与变形镜的耦合问题,指出传统的限定向量算法在系统含有较大倾斜残余量时,无法实现变形镜对高阶像差的高效校正；同时,会恶化自适应光学系统的稳定性,且无法完全抑制变形镜产生倾斜；提出了一种基于向量投影的算法,对比了两种方法的性能。研究结果表明,向量投影抑制算法能在较大倾斜残余像差的情况下更好地校正高阶像差；且该算法运行在基于CPU的实时处理平台上并不会增加时域校正误差。4.研究了非Marechal近似像差分布特性下实时复原算法,以提升远场的功率密度。分析板条固体激光光学像差的特性,指出在板条激光器中像差分布严重不均匀条件下,最小二乘法不再是远场强度提升最优的复原算法,分析了远场能量集中度与控制算法在目标上的异同,提出了一种加权最小二乘实时复原算法,实验对比的结果表明,采用加权最小二乘算法对板条固体激光的像差校正后,具有更高的峰值与光束质量。