星-地激光通信具有通信距离远、传输信道复杂等特点, 为建立稳定可靠的星-地激光通信链路, 需要建立大口径的地面站。着重研究了地面站中500mm大口径主镜柔性支撑的点位分布及结构尺寸。让主镜组件既满足刚度需求, 也具有柔度缓解其自身动态误差。在Isight平台建立光机热耦合的优化流程。运用Zernike多项式拟合面形得到精准的镜面RMS值; 并以此为优化目标, 获取柔性支撑点位的最优解及柔性杆尺寸参数的最优解。经过优化, 主镜组件可适应温度范围扩大了约30℃; 在俯仰角度变化下, 主镜RMS值下降约2nm。对设备进行了相关试验, 主镜面形均满足指标要求小于0.08λ。

星地激光通信技术能打破传统微波通信的频谱限制，应对星地链路越来越高的通信需求。而自适应光学系统能有效地抑制大气信道中湍流的影响，提高星地激光通信链路的稳定性和可靠性，已经成为国内外星地激光通信系统中重要的组成部分。本文详细介绍了国内外典型星地激光通信地面站的自适应光学系统以及其主要参数指标。并结合目前光通信自适应光学技术的研究成果，总结出自适应光学系统更强的波前探测能力、更高的校正能力、更稳定可靠的工作性能以及更加自动化的发展趋势。为星地激光通信中自适应光学系统的研制提供参考，以保障星地激光通信链路的高可用度。

针对拼接主镜，开展子镜面共相校正装置的结构设计与性能测试。该装置整体采用粗调精调结合的两级式结构，主要由粗调级、精调级和横向卸载机构等部分构成。文章在基于有限元方法的装置整体设计与性能分析基础上，完成装置样件研制与基本性能测试。实测结果表明：该装置可平移±2.5 mm，校正精度约30 nm RMS（root mean square），带模拟镜面后固有频率约70.3 Hz，与设计结果相符，满足主镜系统技术指标需求。

综述了自适应光学技术在星地激光通信地面站上应用的最新进展。针对星地链路中湍流效应导致的相干度退化和可用度降低的问题，自适应光学技术成为美国和欧洲等国正在研制的中继卫星至地光通信系统解决上述问题的主导手段。这些项目计划开展的自适应光学技术、白天和夜晚多地面站接收技术和相干通信技术等关键技术验证表明，星地激光通信正向高速相干和全天时高可用度的工程化推进。国内成功进行了多次星地光通信试验，高可用度的相干激光通信技术的验证正在积极开展，自适应光学技术已应用到多个地面站并取得了较好的初步试验效果，相关技术进展与国外水平保持一致。

针对拼接型天文望远镜主镜的共相检测问题, 对宽窄带夏克哈特曼检测法在拼接主镜各子镜间平移误差的测量进行了理论与仿真分析, 并搭建了一套室内拼接镜的主动共相检测实验光路系统, 其中拼接镜是由4块对边长为100 mm、曲率半径为2 000 mm的正六边形球面反射镜组成.首先, 利用夏克波前探测器进行了拼接镜的精共焦误差的检测, 通过主动光学技术控制压电陶瓷促动器, 实现了拼接镜的精共焦的调节; 然后通过宽带共相检测实现了粗共相的检测; 最后, 通过窄带共相检测实现了精共相的检测, 并通过主动光学技术控制压电陶瓷促动器, 实现了共相的调节.实验表明：宽窄带夏克哈特曼检测法对拼接子镜平移误差测量量程达到几十微米, 共相检测精度达到15 nm, 满足拼接镜对平移误差的测量要求.

对分块拼接主镜实现主动控制是拼接镜技术的难点之一。建立了拼接主镜主动控制系统的模型, 采用静态解耦的方式, 将传递函数矩阵对角化, 系统从多输入多输出的形式简化为单输入单输出的形式, 并且建立了简化后的控制系统模型。在此基础上, 完成了控制系统的控制器设计。为了实现拼接镜的主动控制, 在实验室中搭建了由四块正六边形子镜组成的拼接镜实验系统, 由三个驱动器来控制每块子镜的倾斜和平移误差。结果表明, 单位倾斜误差校正时间为 2.6 s, 分析子镜倾斜的功率谱密度可知, 动态倾斜误差校正带宽达到了0.34 Hz, 实现了静态拼接误差的高效快速校正和动态误差的实时有效校正。

下一代大口径望远镜有两个特点，一是主镜通过拼接而成，且是通过主动光学来控制它们之间的平移、倾斜误差；二是采用自适应光学来校正大气湍流。因此分析拼接误差对拼接镜像质的影响，对下一代望远镜发展有重要意义。通过理论及数值仿真分析了拼接式主镜中平移、倾斜误差以及边缘误差对拼接镜成像质量的影响，通过理论与仿真分析可知拼接镜平移误差与倾斜误差对拼接镜成像质量的影响是相互独立的，边缘误差对拼接镜像质的影响较小。

自由空间光通信系统需要将空间光高效耦合到单模光纤中，但聚焦光斑与单模光纤间的初始对准误差和随机横向偏移会导致极大的耦合损耗。对空间光到单模光纤耦合的理论模型进行了阐述，并分析了横向偏移及随机抖动对耦合效率的影响。在此基础上，为了提高光纤耦合效率，提出了一种基于光栅螺旋扫描算法和随机并行梯度下降(SPGD)算法的耦合方案，并仿真分析了误差校正过程及其对耦合效率的改善情况。仿真结果表明：通过设定最佳扫描步长，光栅螺旋扫描算法能够有效地校正初始对准误差，校正成功概率高于99%；校正后的残余初始对准误差集中在0.5~6.5 μm范围内，耦合效率得到初步改善；开启SPGD控制算法后，聚焦光斑与单模光纤间的随机横向偏移得到校正，耦合效率能够有效提升至0.81，接近无湍流情况下的理论极限。校正后，耦合效率得到显著提高。