为了有效处理上海光源前端挡光器接收的高热负载, 研究了挡光器的结构设计及其优化方法。选用高导热性、高强度的GlidCop AL-15制造挡光器吸收体, 采用直接水冷和掠入射结构提高其热缓释能力。以对流换热系数和压力降为评价指标, 选用佩图克方程和达尔西-韦斯巴赫方程优化冷却水路, 通过热分析得到了不同参数下挡光器的温度和热应力分析结果, 从而确定了挡光器的结构设计优化参数。优化后挡光器的水路直径为6 mm, 水路到光照面的距离为9 mm, 光照面接线处圆角≥2 mm, 且水路与光束方向基本平行。与初始结构相比, 优化后挡光器的最高整体温度和最高冷却壁温度分别下降约8%和1/4, 最大等效应力降低了1/2左右, 完全满足上海光源前端部件的设计要求。目前, 应用优化参数设计的挡光器已应用于上海光源实际工程中。

为了实现对双电极马赫-曾德尔电光调制器任意直流偏置点的自动偏置控制，采用在闭环控制基础上，引入一个可调移相器使不同直流偏置点处误差信号相同的方法，理论分析了可调移相器相移量与直流偏置相位的关系，仿真得到对于不同偏置点，当调制器直流偏置相位漂移达-0.15rad ~0.08rad，移相器引入附加相位漂移-0.55rad~0.55rad时，经偏置控制后相位漂移被限制在-3.0×10-4rad~1.7×10-4rad范围内。结果表明，该方法有效实现了对电光调制器任意直流偏置点的自动偏置控制。

For the nonlinearity distortion problem of Mach-Zehnder modulator (MZM) applied in the on-board microwave photonics system, the situation for two input radio frequency (RF) signals with different frequencies and phases is discussed, and an exact analytical solution is derived with the method of expanding Bessel series and Graf addition theory. According to the analytical expression, the nonlinearity characteristics of the modulator can be precisely predicted, and the system performance can be optimized. The correctness of the analytical solution is approved by simulation results. Analytical results indicate that the nonlinearity distortion is suppressed as the decrease of modulation index, the increase of direct current bias phase shift and phase difference between two input RF signals. When the phase difference equals zero or π and the direct current bias phase shift is π/2, there are only odd-order distortion terms. When the phase difference equals zero or π and the direct current bias phase shift is π, there are only even-order distortion terms.

For the scheme of 80 GHz optical millimeter-wave (mm-wave) generation using two cascaded Mach-Zehnder modulators (MZMs), an exact analytical solution for the optical mm-wave affected by phase shift drift and splitting ratio is derived with the method of expanding Bessel series. The results show that for the carrier and the fourth-order sideband, the influence caused by phase shift drift is dominant, while the first-order, the second-order and the third-order sidebands are influenced by both phase shift drift and splitting ratio. It follows that the undesired sideband suppression ratio is at least 35.9 dB when the splitting ratio deviation is 0.001, and the phase shift drift is 1o. The performance of the system is perfect if the accuracy is achieved.

研究了弱湍流条件下星地光通信链路的衰落概率、平均衰落次数以及平均衰落时间3个重要参数的统计特性，并通过数值仿真分析了链路天顶角、光波长以及接收机海拔高度对链路衰落特性的影响。结果表明：减小天顶角和提高接收机探测灵敏度可以改善链路的衰落特性；1.55 μm激光较0.85 μm、1.06 μm激光更适合于星地光通信；地面接收机应尽量建在2 000 m以上的高海拔地区。

利用经验公式计算了星地光链路在雾、雨、雪、云天气中的衰减，仿真结果表明：波长越长，雾对激光的衰减越小；雪对激光的衰减量高于雨对激光衰减量1～2个数量级；当光学厚度达到4.7时，云层对激光的衰减已达到20 dB以上。综合考虑我国的地理分布和气候特点以及云层覆盖情况，建议我国星地光通信地面站选址可以考虑西北地区的塔里木盆地-内蒙古西部戈壁沙漠-黄土高原西北部一带。

通过建立星地光链路模型对地面站空间分集技术中站址的选择、站址间距离以及地面站数量进行研究，结果表明：站址的合理选择可以提高星地链路的可用性；站址间的距离在保证各站天气不相关的同时不能过大，当站址间距离与卫星高度的比值达到1时，由链路天顶角增大带来的衰减高达10 dB以上；单地面站的可用性越高，所需的地面站数也越少，当单站的可用性达到0.6时，只需3个地面站即可达到与射频链路相当的高可用性。

基于数字摄像技术的夜间能见度仪是利用人眼观测原理研制的一种适用于夜间的能见度观测的仪器。通过CCD采集的 光源图像的亮度信息来反演能见度,关键技术在于能够准确分割出目标光源和黑体的图像。介绍了一种基于控制标记 符的分水岭分割的光源图像处理方法。实验验证了该方法具有很好的提取目标光源亮度信息的效果,能达到夜间能见 度观测的要求。与Vaisala FD12前向散射能见度仪的结果进行相关性对比,具有较好的一致性。

为了提高卫星光通信系统中电荷耦合器件(CCD)空间抗辐射性能，分析了空间辐射环境对CCD器件造成的电离辐射效应和位移辐射效应。通过理论分析和数值模拟计算研究了不同辐射源、不同沟道类型以及不同偏置状态对CCD电荷转移效率(CTE)的影响，结果表明，空间辐射主要在暗电流密度和电荷转移效率两方面影响CCD器件的工作性能。卫星光通信系统中的CCD器件应该选择P沟道CCD，并且在系统不工作时尽量使其处于非偏置状态。

根据Walker-δ星座中相邻轨道卫星的相位差，引入轨道间激光链路连接参数K，建立参考卫星固联坐标系中目标卫星运动方程，得到不同轨道卫星之间方位角、俯仰角和距离(AER)的解析表示式，进而求出AER及其变化率极值的数值解。其中相邻轨道卫星的方位角变化率和变化范围都远大于俯仰角，对激光链路稳定性影响较大; 方位角最大变化率同最小距离成反比，在极端情况下会超出激光通信终端跟踪范围导致链路中断。综合轨道间激光链路的稳定性和网络拓扑结构的复杂程度，得出相对连接相位为0是激光链路的低轨卫星星座连接配置方式。