星地激光通信的关键问题是克服大气湍流效应对激光载波信号传输的影响。信号光束经过长距离大气信道传输后，相位不完整，波面受到畸变，导致接收端系统在解调信号过程中，通信误码率降低。根据国内外星地激光通信的研究进展和实验情况，介绍了几种克服大气湍流效应对高速率星地相干通信影响的方法及其原理。重点分析基于差分相移键控(DPSK)调制和干涉原理的相干探测技术在解调相位信息时克服大气湍流效应方面的优势，并对其进行了总结和展望。

提出了一种合成孔径激光成像雷达（SAIL）的二维匹配滤波成像算法，对利用单频本振激光与线性调频信号光外差接收得到的SAIL目标回波信号同时在距离向、方位向进行相位二次项匹配滤波以实现目标成像。给出了单频本振信号外差接收情况下的单一分辨单元的二维数据收集方程，并对SAIL二维匹配滤波成像算法进行了数学描述，具体分析了矩形和圆形天线孔径下的成像分辨率，给出了此算法对模拟SAIL回波信号的成像处理结果。

研制了直视式合成孔径激光成像雷达(SAIL)电控抛物波面扫描器，该扫描器由线性相位调制的电光晶体和柱面镜构成，其中电光晶体采用4个三角形电极施加电场实现线性相位调制，具有体积小、响应速度快等优点。实验测试表明该直视式SAIL电控抛物波面扫描器获得了与理论吻合的抛物波面相位，扫描准确可控，很好地验证了该扫描器在直视式合成孔径激光成像雷达应用的有效性。

直视合成孔径激光成像雷达采用内发射场直接波面变换平动扫描发射，通过自差接收实现高分辨率成像。由于远场目标位置的光场分布取决于内发射光场，因此内发射场的波前像差会对激光雷达图像质量产生影响。采用Zernike多项式描述波前像差，对初级像差造成直视合成孔径激光成像雷达的成像影响进行了研究，理论分析和仿真结果表明：离焦、象散、彗差和球差对成像的影响最为严重，像差越大，其对成像分辨率的影响也越大。当像差的均方根值小于0.05λ时，对成像分辨率的影响很小，当像差的均方根值为0.25λ时，其象散和彗差引起成像分辨率近似增大到原来的3倍。彗差和球差还造成不同目标位置的成像分辨率不同，离中心位置越远，成像分辨率增加越快。

报道了直视合成孔径激光成像雷达装置在使用焦距为10 m的平行光管模拟远场条件下的阵列目标二维成像实验结果，实现的成像分辨率为1 mm。

基于雅敏干涉装置，提出一种新的可变载频（条纹频率可调）的径向剪切干涉仪。该干涉仪主体由两块雅敏干涉平板、两对可旋转双光楔、两个可变比例的扩束镜组成；双光楔用于调节条纹周期，以获取最佳干涉图；两扩束镜的扩束比例可变，以调节最佳剪切量。两块平板加工误差一致，同时所有光楔来源于同一楔板，参数一致，两扩束镜的性能参数也完全相同，光路对称，严格等光程。提出的干涉仪可一次性完成非球面模具的测量；并根据被测面形情况进行条纹周期和剪切量的调节，获得了最佳条纹图。最后，对球面/非球面模具表面进行了测试。结果显示：通过调节双光楔和扩束比，此干涉仪可获得较好的条纹图，为多种非球面模具的进一步高效检测提供了新的思路。

提出了一种合成孔径激光成像雷达（SAIL）光学成像处理器的原理方案，基于侧视/直视SAIL单点目标回波收集方程，对此光学处理器的数据加载时空坐标转换、成像分辨率、成像处理能力等方面进行了理论分析，并进行了实验验证，给出了SAIL大口径验证样机获得的目标回波数据的成像结果。此SAIL光学处理器结构简单、紧凑、功耗低，且具有实时、实地处理SAIL回波信号的能力，在未来机载、星载SAIL系统中有广泛的应用前景。

直视合成孔径激光成像雷达（SAIL）中，在发射端主镜的后焦面，两个同轴反向扫描正交偏振发射光束需要具有空间抛物波前相位波前差。采用自差接收探测和相位复数化处理，在交轨向产生与目标点横向位置成正比的线性项调制，在顺轨向产生与目标点纵向位置成中心的二次项相位历程，成像原理分别采用傅里叶变换和匹配滤波聚焦成像。提出了一种新的双面反射镜旋转发射结构，实现了同轴正交偏振的双光束，在交轨向对远场目标反向扫描且速率相同，同时通过柱面镜控制顺轨向光束相位变化。基于傅里叶光学理论和数学近似，理论分析和公式推导双面反射镜的放置位置对内发射光场分布的影响。建立了物理模型，数值模拟正交偏振双光束在发射端衍射到内发射场物理过程，给出光场强度和相位分布，并且和解析分析结果作对比，给出误差分析和结论。

合成孔径激光成像雷达（SAIL）中的散斑效应严重影响成像质量。建立了远距离SAIL系统下激光散斑理论模型，分析了产生时空散斑效应的原因并推导了时空散斑效应的数学表达式。给出了由单个目标分辨单元粗糙表面引起的光学天线接收面上的散斑花样，通过具体实例分析了散斑的统计性质。模拟结果表明，散斑平均宽度与合成孔径中的光学足趾尺度相当；一次脉冲啁啾时间内散斑花样在距离向移动的距离等于散斑的平均宽度。通过大口径SAIL演示样机实验，验证了时空散斑效应的距离向波长特性，从而直接认识了SAIL中的散斑效应。模拟结果为实际SAIL系统中利用多口径接收装置抑制散斑效应提供了一定的参考。

设计了一种基于crossbar电光开关网络的偏振结构广义无阻塞自由空间全光路由器，利用电光晶体开关作为入射光束的偏振控制器，偏振分束棱镜作为分束元件，提出自由空间2×2和3×3全光路由器的基本结构，能够实现自由空间2×2和3×3全光路由器的任意通道的广义无阻塞连接，并可以实现N×N全光路由器的拓展。这种自由空间全光路由器具有结构简单、插入损耗低、响应速度快、无阻塞等优点，可以实现实时可编程控制，适用于空天全光路由组网。对自由空间2×2全光路由器进行了实验验证，实现了2×2光互连，消光比达到27 dB，最大插入损耗约为0.73 dB。