卫星激光测距（SLR）平均回波光子数是表征系统探测能力的重要参数之一，与激光大气传输特性紧密联系。基于Mie散射理论，结合气溶胶粒子的实际分布情况，提出并利用激光雷达大气修正（LAC）模型计算SLR系统平均回波光子数，以长春站60 cm SLR系统为例，分析气候条件对SLR系统平均回波光子数的影响。结果表明，SLR系统平均回波光子数随地表附近能见度增大而增加，随相对湿度增大而减少。当望远镜俯仰角大于15°时，能见度对平均回波光子数的影响将超过相对湿度，并且在俯仰角为60°左右时达到峰值。阐述了气候条件影响SLR探测性能的内在机制，并为SLR系统选址与性能评估提供了新的理论方案和技术支持。

基于卫星激光测距(SLR)系统的测距原理,对从角反射器反射的回波光子分布进行数值仿真,分析并讨论了卫星角反射器形状效应与SLR系统测距精度的关系。另外,为验证卫星角反射器形状效应的适用性,利用中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站SLR系统对不同轨道高度的卫星进行了实测。结果表明,卫星角反射器形状效应使从卫星反射的回波光子分布发生明显改变,激光脉冲被展宽。对于Starlette卫星,激光脉冲脉宽由50 ps展宽至72 ps,由卫星角反射器形状效应引起的测距误差约为5.4 mm。对于高轨Etalon-1卫星、中轨LAGEOS-1卫星和低轨LARES卫星,由卫星角反射器形状效应引起的测距误差分别约为15.4,7.4,5.0 mm。因此,要使SLR系统测量精度向毫米级发展,应当考虑卫星角反射器形状效应对测距精度的影响,这也为SLR系统的性能评估与结构设计提供了新的思路与途径。

基于激光在大气中的传输特性，利用斜程传输理论计算激光在大气中的衰减程度，结合激光雷达测距方程，建立了卫星激光测距(SLR)系统的斜程传输最大测距模型，通过分析数值仿真结果及长春站SLR系统最大探测距离(MDR)实测值，对SLR系统的最大探测距离进行了系统的研究。结果表明：在一定范围内，SLR系统的MDR值随着望远镜发射仰角的增大而增大。与其他常见的模型(Kim经验公式和Mie理论)相比，利用斜程传输最大测距模型得到的MDR值更接近实验值，其误差率减小了一个数量级，仅为3.8%。该模型可有效计算SLR系统的MDR。

基于大气气溶胶在空间的不均匀分布, 提出并利用激光在大气气溶胶中的斜程传输模型开展卫星激光测距在气溶胶中探测性能的研究, 即将气溶胶的分布分为水平及垂直方向, 在垂直方向将其分为无穷多层, 令每层气溶胶的水平方向浓度分布均匀, 结合气溶胶粒子的散射截面、尺度分布函数, 计算激光在每层气溶胶中的透过率, 最后进行积分得到激光的大气传输透过率.结果表明, 与Kim经验公式及Mie理论模型相比, 由斜程传输模型计算得到的激光气溶胶透过率更接近实验值, 其平均相对误差降低了一个数量级, 仅为3.5%, 表明该模型可准确地计算激光在气溶胶中的传输特性.结合激光雷达公式, 利用该模型对气溶胶中不同轨道高度卫星探测成功率进行数值模拟仿真, 发现在轻霾环境中低轨卫星的探测成功率可达40%以上, 高轨卫星的探测成功率仅为15%, 可利用高效率探测器与高能量激光器实现轻霾环境下的卫星激光测距.研究结果能合理解释已有的实验报道并有效地预估卫星激光测距系统探测性能, 为系统的升级改造提供可靠的理论依据和技术保障.

为了提高2 μm InGaAsSb/AlGaAsSb 半导体激光器的最大输出功率,减小远场垂直发散角并实现单模稳定输出, 在非对称波导结构的基础上设计了具有双波导结构的2 μm InGaAsSb/AlGaAsSb半导体激光器.同时, 利用相关的物理模型及SimLastip程序语言构建了InGaAsSb/AlGaAsSb Macro文件, 利用SimLastip软件对具有不同结构的2 μm InGaAsSb/AlGaAsSb 半导体激光器进行了数值模拟分析.研究结果表明, 双波导结构可以将半导体激光器的有源区限制因子由0.019 2减小至0.011 3, 器件的最大输出功率提高了1.7倍, 远场垂直发散角由57°减小到48°, 器件性能得到了改善.