为提升长春站卫星激光测距数据稳定性，从卫星激光测距物理机制及评价指标出发，建立了基于精密星历的数据评价系统，分析了长春站数据的稳定性及外符合精度。根据分析结果，采用前沿半峰 （LEHM） 剪切算法改进数据预处理方法，降低了卫星形状效应对数据精度和稳定性的影响。分析表明，基于精密星历的数据评价系统与国际卫星激光测距组织（ILRS）数据中心评价结果一致。采用LEHM剪切算法进行数据处理后，长春站Lageos-1卫星数据的标准点精度由4.9 mm提高至3.9 mm，短期稳定性由19.8 mm提高至18.1 mm，长期稳定性由6.2 mm提高至5.4 mm，外符合精度由79.6 mm提高至68.2 mm。改进的数据预处理算法可有效提升数据稳定性及外符合精度，为长春站数据稳定性与精度的进一步提升指出了方向。

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。

随着卫星激光测距技术的发展, 高轨卫星激光测距的数据量明显提高。由于高轨卫星距离远回波弱, 这就要求望远镜系统能精确地对准卫星目标才能接收到有效回波。首先分析了影响望远镜对准的光行差因素, 即卫星运行的速度光行差和发射激光运行引入的光行差。文中以Glonass系列高轨卫星为例, 重点研究了发射激光束运行引入的光行差偏移量, 并且计算出测站测量Glonass系列卫星的光行差角偏移量为26 ?滋rad。在实际高轨卫星激光测距中对Glonass系列卫星进行了数十次的测距实验验证, 证明了文中对光行差影响的分析是正确的。通过文中的研究可以提高高轨卫星激光测距的捕获机率, 大大提高高轨卫星观测效率。

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.

利用有限元光腔表面分割法对立方腔的平均反射光程(Average Reflex Optical Path Length, Lave)进行了数值模拟, 给出了Lave与腔长的线性关系式, 并通过TDLAS实验得到了具有不同腔长的立方腔Lave的实验值。研究结果表明, 立方腔的Lave随着腔长的增加而线性增大。与之前报道的理论结果相比, 采用有限元光腔表面分割法得到的Lave模拟值与实验值更为接近, 误差率仅在2.5%以内。立方腔平均反射光程模拟值与腔长的关系可以作为确定腔长的依据, 提高了基于立方腔的TDLAS气体测量系统的反演精度。

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.