大气湍流与平台微振动的存在会导致星地激光通信链路的随机信道衰减，使通信质量无法得到保证。为了研究大气湍流与平台微振动共同影响下的星地激光通信性能，建立了联合星地激光链路随机衰减模型，并基于二进制相移键控调制、外差相干接收给出了该模型下系统平均误码率的闭合表达式。仿真分析了不同星地激光通信系统参数对系统误码率性能的影响，研究结果可为实际星地激光通信系统的设计提供一定的理论参考。

大气湍流引起的光强闪烁使得自由空间光通信(FSO)系统性能恶化,而分集接收技术可有效改善这一影响。为进一步分析分集接收技术对相干接收系统性能的影响,基于二进制相移键控(BPSK)调制和外差相干接收技术,建立了Gamma-Gamma大气湍流信道模型下自由空间光通信分集接收系统模型。在不同大气湍流强度和接收天线数情况下,分别采取最大比合并(MRC)、选择合并(SC)和等增益合并(EGC),分析了对应的系统误码率(BER)和通信中断概率(OP),并与相同接收口径下的传统单天线接收系统的性能进行了比较。结果表明:MRC、EGC分集接收对大气湍流下的相干通信系统性能有明显改善,而SC分集接收仅当平均信噪比低于某一阈值时对相干通信系统的性能有所优化。

根据激光通信系统中捕跟和通信探测器的实际应用情况, 分别使用消光比和单像元信噪比两种方案评价卡塞格伦光学天线的收发隔离能力,提出了在卡塞格伦光学天线次镜打孔和增加光陷阱的方式抑制后向散射的方法.推导得出当卡塞格伦光学天线次镜开孔的孔径比为0.1~0.3时不影响发射效率, 测试结果表明: 改进后的卡塞格伦光学天线收发隔离度优于－40 dB, 并满足激光通信系统光学天线捕跟和通信的使用要求.

为了研究铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)透明电光陶瓷在275~325 K下的电光效应, 观察了不同尺寸铁电畴的形貌, 测量了不同铁电畴尺寸陶瓷的电光系数, 从铁电性的角度分析了温度对透明陶瓷电光效应的影响机制, 并对不同波段电光陶瓷的电光效应进行表征。结果表明: 低温时陶瓷的电光系数较大; 电光系数随温度升高而减小, 但其变化趋势会因波段不同而略有差异, 这从微观上解释了陶瓷介电性能的变化是温度改变导致电光性能发生变化的原因。

分析了影响大气层内扩展目标成像对比度的主要因素, 研究了整体倾斜校正对扩展目标对比度影响的数学关系, 并分析了采用绝对差分算法提取整体相位倾斜的复杂度优化问题。采用快速倾斜镜对成像光束整体倾斜进行校正能够提高扩展目标的成像对比度, 降低后端数字图像处理的难度, 进一步减少目标识别和跟踪所需要的时间,对提高低对比度目标的光电跟踪效率具有参考意义。

临近空间相干激光通信链路是天地一体化高速通信网络节点间连接的重要链路。围绕外差效率这一表征大气湍流扰动后信号光和本振光相干合成的指标,推导了非均匀湍流路径上的外差效率理论表达式,并结合大气折射率结构常数廓线,开展了临近空间-地面、临近空间-临近空间和临近空间-低轨卫星三类临近空间相干激光通信链路的外差效率仿真。仿真结果表明: 临近空间-低轨卫星链路可以忽略大气对外差效率的影响; 如果临近空间-临近空间链路距离大于500 km或是临近空间-地面链路天顶角大于60°,外差效率将小于50%,有必要采用自适应光学技术进行补偿。

在远场散斑投影成像系统上整合大气闪烁指数测量功能, 有助于全面分析激光大气传输特性及其对光电系统性能的影响。但是在大口径接收时, 大气闪烁会因孔径平滑效应而变得微弱, 光源稳定性引起的强度起伏会更为明显。针对这一问题, 基于光源强度起伏和大气闪烁的乘性调制假设, 建立了考虑光源强度起伏的大气闪烁指数的测量模型。利用光源强度起伏不随孔径变化而大气闪烁随孔径变化这一差异性, 通过投影光学在同一时刻测量两个不同接收孔径上的光强闪烁, 结合弱起伏条件下的孔径平滑因子来求解测量模型, 从而分别估计大气闪烁指数和光源强度闪烁指数。实验结果表明, 在孔径0.05 m至0.4 m之间, 实测值和理论估计值的最大相对误差小于9.685%, 理论模型与实验符合度较高。采用该方法可以在投影光学上实现弱起伏条件下的大气闪烁指数估计。

大口径投影光学系统采用低成本、大口径菲涅耳透镜制作, 可将远场散斑强度分布投影到CCD成像探测器上。通过CCD图像处理, 能够对给定孔径上的接收功率、闪烁指数进行量化评估; 在接收孔径足够大、保障散斑不会因为光束漂移效应而脱离菲涅耳透镜的条件下, 该系统还可以对光束漂移和特征半径进行量化评估。同时讨论了CCD像元响应非均匀性误差及其影响、CCD辐照响应函数和图像几何投影系数的定标方法。实验表明, 系统能够对激光大气传输过程中的远场散斑特征参数进行监测。特别对自由空间激光通信系统而言, 可以为大气衰减和多种大气湍流效应综合作用下的中值电平慢衰落研究和检测阈值优化设计提供实验数据支撑。

基于1/4波片法，提出了相位延迟的二维分布测试方法。完成了液晶光楔及光寻址液晶空间光调制器（SLM）的二维相位分布测试，得到了两种液晶电光器件的二维相位分布特性的测试结果。编写程序计算得到液晶光楔二维相位分布特性曲线，结果表明：随着测试电压的增大，液晶光楔的顶角θ增大。同理，编写程序计算作出SLM的二维相位等高线图并分析二维相位分布规律。