自适应光学系统已经成为大口径地基望远镜的基本组成部分之一,而人造钠信标的使用可以极大地提高天文自适应光学系统的天空覆盖率。但利用钠信标进行波前探测时会存在光斑亮度低、光斑拉长以及波前探测的非等晕性等问题。本论文根据中国科学院光电技术研究所在丽江1.8米望远镜上的钠信标自适应光学系统,针对系统中波前探测部分在实验过程中遇到的主要问题:钠信标光斑亮度较低和钠信标波前探测的非等晕误差,完成了如下主要研究工作。首先建立钠信标激光器激发大气中钠原子的理论模型,针对丽江1.8米望远镜上中国科学院光电技术研究所钠信标自适应光学系统所用的中国科学院理化技术研究所20 W级百微秒脉冲激光器,完成了该激光器对钠原子激发效率(耦合效率)的数值仿真,并重点分析了激光的偏振状态、弛豫震荡、光谱分布以及D2a+D2b双峰泵浦对耦合效率的影响。数值仿真结果表明,对于给定类型的激光器,存在一个最优的功率密度,当激光处在此功率密度下与钠原子的耦合效率最高。同时,通过数值仿真得到的结果也给未来该激光器的升级提供了更好的建议。然后,基于丽江1.8米望远镜平台,搭建了一套完整的钠信标测光系统,并提出了对于钠信标回光亮度实验测量的理论和方法。在此平台上,完成了对钠信标光斑形态和回光亮度的优化,并对钠信标的回光亮度和激光器的耦合效率进行了实验测量。并且,搭建了钠信标激光器D2a+D2b双峰泵浦实验平台,实验验证了双峰泵浦对钠信标回光亮度提升的有效性。最后,针对钠信标波前探测带来的非等晕误差,通过设定大气湍流相位屏及光波前传播方程,数值仿真了在利用钠信标进行波前探测时所带来的非等晕误差,并分别分析了其中高度非等晕误差和角度非等晕误差的大小。并根据该仿真方法的思路,设计了一套钠信标非等晕波前探测误差的实验测量系统。本文数值仿真并实验测量了钠信标的回光亮度和钠信标激光器与钠原子间的耦合效率,完成了对钠信标光斑形态和回光亮度的优化。同时,数值仿真了钠信标自适应光学系统中非等晕误差的影响,并设计了非等晕误差的实验测量系统。文中所做工作为国内钠信标自适应光学系统的首次闭环奠定了基础,同时为后期钠信标自适应光学系统波前探测器的设计也提供了参考依据。