水下激光通信由于受水体吸收和散射的影响，信号传输过程中能量衰减严重。基于光子计数的激光通信具有极高的探测灵敏度，是抑制信号衰减、提高通信距离的有效方法。传统的光子计数通信是通过检测单光子探测器有无电脉冲输出来实现通信数据还原的，通信误码率容易受到背景光噪声的影响。针对这一问题，提出并研究了一种改进方法，首先在通信接收端利用单光子探测器将光子转换为电脉冲，然后通过统计单位比特时间内的电脉冲数目来还原通信数据。实验结果表明：提出的方法能够在通信波长为532 nm、通信速率为50 kb/s、信噪比为5.14的情况下，实现84.24 bit-1的探测灵敏度。所提出方法能够为高灵敏度水下激光通信提供一种新的技术思路。

为了降低离轴三反光学系统加工和装调难度，提出了一种无遮拦的两反射镜三反射光学系统。将传统的离轴三反射光学系统中的主镜和三镜改进为一块非球面反射镜，即用一块镜面实现两镜的设计，这既能够降低光学加工的复杂度，同时也减少了装调的难度。根据三反射系统像差设计理论，推导出同轴两反射镜三反射系统的初始结构参数计算公式，得出了适用于该系统的求解方程组。设计了焦距1000 mm，F 数为10，全视场2°×0.4°，无中心遮拦的离轴两镜三反射系统，两反射镜面型均为二次曲面。从调制传递函数、点列图、衍射能量分布图可以看出，系统成像质量好，能量比较集中。整体系统体积小、结构简单，重量轻。

实验验证了一种结构简单的10 Gbit/s非归零信号(NRZ)通过高非线性光子晶体光纤（PCF）的四波混频（FWM）效应实现了单抽运偏振不敏感和宽范围可调谐全光波长转换。利用50 m光子晶体光纤较高的双折射效应，固定抽运光的偏振态与高非线性光子晶体光纤的双折射轴成45°夹角入射，信号光与抽运光在光子晶体光纤中进行四波混频时，其变换效率对信号光偏振态的随机变化不敏感，闲频光输出功率几乎保持不变。实验结果表明，所搭建的全光波长变换器在28 nm变换范围内，闲频光偏振敏感度低于1 dB，随着10 Gbit/s的信号光偏振态的变化，波长变换效率优于-13 dB的偏振不敏感全光波长变换器，闲频光信号Q因子大于7。

结合Fournier-Forand和Henyey-Greenstein体积散射函数，利用Monte Carlo法建立水中激光脉冲传输特性分析模型。采用该模型分析了散射体相对折射率和尺寸分布对水中光脉冲传输特性的影响。研究表明：光脉冲在水中传输时，随着散射体相对折射率的增大和小尺度散射体相对含量的增加，脉冲展宽增加，光波前向散射减弱且空间分布扩展加剧，到达角分布更离散。与传统水中光脉冲传输仿真模型相比，此模型更加有效。