激光相干合成技术是在遥感和通信等领域中能够同时提升激光功率和保持光束质量的有效技术。其中填充因子是影响激光相干合成和衡量相干合成阵列的重要因素。然而，它却不是完备的。因此，提出采用平面波前畸变量（PWD）作为评估激光相干合成性能的综合参数，该参数综合考虑了光束质量、阵列对准、元件制造误差以及其他因素。通过理论推导平面波前畸变量的表达式，分析该参数对系统合成效率的影响，进一步的仿真和实验测量结果表明，平面波前畸变量可以用于反映激光相干合成的综合效率高低，与桶中功率呈负相关。研究结果表明波阵面调制相干光束组合技术在多孔径激光阵列相干组合系统的实际应用中具有潜在的科学价值。

布里渊光时域分析仪（BOTDA）因其长距离分布式传感的优势而得到学术界和产业界的广泛研究与应用，光脉冲编码技术可以在不牺牲空间分辨率和测量时间的前提下辅助BOTDA进一步实现可观的信噪比提升，被认为是最高效（高信噪比提升和低硬件成本）的性能提升方法之一，具有显著的优势和应用前景。本文围绕基于光脉冲编码技术的BOTDA，介绍了用于分布式光纤传感领域的几种主流的光脉冲编码技术的原理，综述了近些年基于光脉冲编码的BOTDA传感系统的研究进展。

为解决地面点云占比过少、多条公路平面参数不同导致的地面点云移除效果差、运行时间长的问题，提出一种公路地面点云快速移除算法。该算法对传统的随机采样一致性（RANSAC）算法进行改进，通过循环计算高程最低点，并基于该点提取特定范围点云，提高地面点云占比、大幅缩短地面参数获取时间。改进后的算法能够快速移除多条公路地面点云，同时完整保留非地面点。实验结果表明：对于不同场景的公路地面，所提算法均能取得良好的地面移除效果。对于单公路场景，改进算法耗时8 ms，相比RANSAC算法缩短118 ms；对于多公路场景，改进算法耗时57 ms，相比RANSAC算法缩短180 ms。

激光星间链路主要用于卫星之间高速数传，是构建天基信息网络的关键技术。目前国外通信、遥感、导航和中继等卫星系统都已计划部署激光通信终端，激光星间链路技术已从在轨演示验证向大规模组网应用阶段发展。简要梳理了国际上现有组网卫星系统的激光星间链路终端技术发展情况，对激光星间链路的技术体制和终端分类进行了总结；侧重分析了我国激光星间链路终端技术发展现状及大规模应用面临的主要问题，针对重难点技术的解决途径进行了思考；对激光星间链路终端未来的发展趋势做了展望，尤其是轻小型化设计与实现、宽带化、一对多光学天线和网络化等技术发展趋势进行了分析。

随机奇异值分解（RSVD）在数据压缩、信号处理和图像降噪等方面具有广泛的应用，但日益剧增的矩阵规模对传统计算平台提出了更高的内存需求。为此，提出了基于空间光计算的RSVD方法。利用复杂介质的固有性质将矩阵降维，不再需要生成和存储随机高斯矩阵，能够有效降低RSVD的计算开销。实验证明，在采样率为0.2、宏像素块维度为10×10、选用220目毛玻璃作为散射介质的情况下，所提方法能够对维度为80×80的矩阵实现RSVD，其相对误差小于0.1，与传统方法相比，有效降低了RSVD的时间复杂度和空间复杂度。最后，通过图像压缩验证了所提方法的效果，所提方法为进一步研究大规模图像矩阵算法提供了基础。

多脉冲位置调制联合正交相移键控(MPPM-QPSK)在接收机灵敏度方面具有明显优势,均衡算法可以有效优化数字相干光通信系统中信号带宽受限和码间串扰带来的影响,提高信号的传输质量。针对恒模算法仅能优化MPPM-QPSK中QPSK部分的问题,对两模均衡算法的内圈参考模值进行改进,提出了一种内圈模值不为0的两模均衡算法。将该算法应用到10 Gbit/s单载波高斯成形和Nyquist成形的MPPM-QPSK相干光通信系统中,并对其内圈模值、抽头数和步长等参数进行优化。实验结果表明,相比使用传统两模算法的系统,本系统的接收机灵敏度优化了约0.1 dB。当脉冲数m=2,4,8,16时,相比不加均衡算法的系统,本系统的接收机灵敏度分别优化了0.9 dB,0.6 dB,0.5 dB,0.4 dB。

在空间光通信系统中,激光在大气中传输时容易受湍流效应影响,且接收端往往使用模场半径极小的单模光纤进行空间光耦合,导致光纤耦合效率降低,影响通信系统性能。为了提高接收端光纤耦合效率,结合随机并行梯度下降(SPGD)算法和少模光纤耦合解复用系统对动态湍流所引起的波前相位畸变进行补偿校正,并实现了传输距离为5 km的空间光通信数值仿真。仿真结果表明:在不同的湍流强度和风速条件下,未经SPGD算法校正时,两模光纤的耦合效率比单模光纤提高了0.5 dB~1.5 dB,相对标准差降低了0.03~0.4;经过SPGD算法校正后,两模光纤的耦合效率比单模光纤提高了0.4 dB~2.2 dB,中强湍流下,相对标准差降低了0.1~0.2。因此在空间光通信中,采用少模光纤进行耦合接收比单模光纤具有更好的耦合效果,有利于提高通信系统稳定性。

针对光栅垂直耦合器耦合效率低,仿真耗时长的问题,搭建了具有多层异质结构的逆设计仿真平台。将以逆设计功能为导向的思想及高性能计算的优势相结合,只需构建初始结构和设定目标功能,即可利用凸优化算法设计具有复杂多层异质结构的微纳光子器件。基于此平台,设计并实现了高性能垂直耦合器。此外,利用Al反射镜可极大地提高该垂直耦合器的耦合效率。仿真结果表明,该新型垂直耦合器在1550 nm处的耦合效率为88.42%(没有加Al反射镜时,耦合效率为32.45%),3 dB带宽为103 nm (1500~1603 nm)且具有良好的带宽特性和低损耗特性。