研究了采用空间分集技术补偿机间激光通信链路中的大气湍流影响.基于直接相干探测接收分集系统模型,分析了最佳合并(OC)接收分集的功率增益和中断概率性能,并与等增益合并(EGC)分集和最大选择合并(SMC)分集系统进行了比较.分析结果表明：在强湍流条件和低中断概率时,OC和EGC可获得较高的功率增益,且明显优于SMC 系统,其中OC 系统性能相对EGC 具有优势,二者性能相差较小,但是OC 实现方式较复杂,因此实际航空激光通信工程应用中应综合考虑分集技术进行选择.

为研究高空大气信道对紫外激光通信的影响, 引入散射链路所在高度信息修正紫外光单次散射链路模型; 依照大气密度和臭氧浓度垂直分布得到紫外光散射系数和吸收系数变化规律; 对高空15km以下信号传播的时延、信噪比和信道容量进行仿真分析, 得到以上三者的高空垂直分布。结果表明: 高空大气环境对紫外光的消光系数主要由吸收系数决定; 较小的散射作用令高空通信时延比近地面通信略低; 吸收作用导致信噪比和信道容量均随通信平台位置高度增加而减小。高空紫外通信基本满足低速语音通信的要求。

依据折射率结构常数垂直分布特征, 利用对数正态分布模型计算了湍流强度、高空位置、通信距离、仰角和波长影响下, 紫外光非直视链路的信号强度概率密度分布和闪烁指数。结果表明: 高度5km以下, 闪烁指数随着收发端所在高度增加而显著下降, 2km以上的高空闪烁指数已小于10-2；随着波长增大, 闪烁指数减小, 信号强度分布更加集中。因此, 在高空2km以上的环境中, 较小的闪烁指数可以令紫外光在高空通信方面取得较好的性能。同时, 可采用“日盲区”波长较长的信号来减小闪烁效应。此外, 采取降低仰角的方法可以降低闪烁指数或者延长通信距离。

针对始终处于加电状态工作模式的半导体激光器，通过分析单个粒子对器件的辐射过程，将空间辐射效应离散的描述为所有单粒子造成辐射效应的累积。考虑到粒子到达服从泊松过程的特点，建立了半导体激光器空间辐射效应性能退化模型。推导了器件可靠度函数以及平均故障前时间的表达式。对InGaAs多量子阱激光二极管在高轨空间辐射环境中的性能退化过程进行了仿真，得到了器件的光功率退化曲线。结果表明光功率退化量与辐射时间近似成正比例关系。由此提出了同时考虑辐射与退火效应条件下，器件的光功率退化速率，通过拟合得出该速率与空间辐射平均剂量率成正比。获得了半导体激光器的可靠度曲线，进而计算了器件的平均故障前时间。

基于空间辐射和器件辐射效应的特点，选取正态分布对辐射的剂量率和单位辐射剂量造成的性能退化量进行描述，得到了卫星光通信系统中半导体激光器的可靠度函数。进而以高轨空间辐射条件为背景，对器件的性能退化量进行了模拟，在模拟数据的基础上利用最大似然估计法计算性能退化量的分布函数，得到了器件的可靠度曲线以及平均寿命。最后分析了减少测试时间，以较少的样本数量进行估计的可行性。

通过对半导体激光器在空间环境中辐射损伤机理的分析，得到了器件在辐射条件下的性能退化规律以及辐射过程中的退火规律。在此基础上，建立了辐射应力加速寿命实验模型，获得了故障时间、加速因子、故障概率分布函数、概率密度函数和平均故障前时间的表达式。模拟了三组应力分别为100、50和10 Gy/s情况下器件的性能退化数据，进而对加速寿命实验模型的参数进行了估算，求得器件在0.03 Gy/s的正常应力条件下的故障时间为43862 h。基于威布尔故障分布，利用应力为50 Gy/s的加速试验模拟数据，得到了器件的故障概率分布函数以及平均故障前时间，其平均故障前时间约为39755.8 h。

考虑散射链路所在高空大气中温度、压强、臭氧浓度和湍流垂直强度的分布规律，依据Rayleigh散射理论，提出紫外光多径散射链路模型。将散射体划分为多个散射元，各散射元对应一组路径，并依照不同路径划分信号光，计算其信号强度；利用对数正态分布和非直视链路的湍流模型，分别计算不同路径的信号强度概率密度分布；用所有概率密度函数卷积得到接收端各路径信号叠加的强度分布和链路损耗。根据实际大气环境仿真得到：新模型得到的信号强度概率密度分布较原模型更集中，紫外光的消光系数受吸收系数影响显著，二者垂直分布曲线只在15 km以下略有差异。在高空2~14 km范围内，当收发端位于11 km左右闪烁指数存在极大值，而收发端位于6 km左右闪烁指数最小。综合考虑湍流效应和链路损耗，高空紫外光通信可将收发端安置于10 km高度以下。

分析了空间电离辐射的位移损伤效应影响下InGaAs PIN光探测器暗电流的损伤特性，在此基础上建立了强度调制直接检测模式的卫星光通信系统误码率模型。仿真结果表明：暗电流与辐照注量近似呈对数线性变化；误码率在辐照注量小于108cm-2时维持在10-9之下，当辐照注量大于108cm-2后加速上升。结合仿真结果，讨论了判决阈值对误码率的影响，得出在辐照强度为10-9cm-2时，若判决阈值取5.7×10-7A，则误码率降低约4个量级，较好地提高了通信质量。

为了消除热致退偏对激光输出的影响，分析了重频固体激光器中热致退偏产生的原因，采用了一种新型的、能有效补偿腔内热致退偏效应的腔型。由结果可知，重复频率从20Hz增大到50Hz时，输出激光光斑无明显变化，无畸变，激光输出能量未降低；在50Hz时注入9．6J，其动态输出111．24mJ的1064nm激光，电光效率为1．16%，输出稳定度达±1．85%。结果表明，该腔型对热致退偏有很好的补偿作用。

铒玻璃激光器可以直接输出1．54μm人眼安全激光，主要应用在激光测距。报道了LD侧面抽运的Er⁺³，Yb⁺³共掺磷酸盐玻璃激光器的运转。实现了自由振荡输出60mJ；在0．5Hz重复频率下，稳定输出50mJ／脉冲，波长1．54μm。实验表明，抽运的对称性和均匀性是设计铒玻璃激光器的关键。