利用光的轨道角动量传递信息可有效提高信息传输的速率。介绍了光轨道角动量的基本概念和主要特性, 探讨了基于轨道角动量的自由空间光通信的基本原理和典型系统, 并对相关的关键技术进行了分析, 在此基础上, 对基于轨道角动量的自由空间光通信的应用前景和发展趋势作了展望。

为了了解多次散射对轻霾天气下大气激光通信的影响程度，建立了轻霾天气下大气多次散射的模型，并进行了分析，从理论上证明了在轻霾天气下前向散射对光接收的影响可以忽略。这为设计大气激光通信光收发系统提供了理论依据。

由声光偏转器件(AOD)和四像限探测器(QD)组成的闭环光束跟瞄系统与以往的快速反射镜(FSM)和四像限探测器组成的跟瞄系统相比,具有带宽高、功耗低、重量轻、体积小、重复性好和控制简单可靠等优点。然而,随着控制光束偏转的超声波频率变化的加快,单声光偏转器件(SAOD)的空间分辨点数会随之下降,影响光束控制的精度。提出了一种新型的快速、非机械、高精度光束偏转方法,采用二级声光偏转器件(DAOD)进行光束控制,与一级声光控制器相比具有更快的光束控制速度,更高的空间分辨点数和更宽的扫描范围,可以显著提高光束跟踪的速度和精度。同时还提出了一种求静态和动态分辨点数的方法,并与实验数据进行了比较、分析。

多光束传输技术是克服大气激光通信中大气湍流效应的有效途径之一。首先从理论上分析了大气湍流对多光束大气激光通信系统性能的影响和多光束大气传输的光强起伏特性,然后利用统计分析的方法,建立了一个以传输距离z、光束数目n、发射孔径之间的距离St、接收孔径Dr等为参量的多光束大气传输信道模型。最后,结合相关文献提供的实验结果对该信道模型进行了实验验证和误码性能分析。结果表明,当St≥λz或Dr远大于大气湍流相干长度ρ0时,随着n的增大,接收光强将趋于对数正态分布,降低了大气激光通信系统的误码率,从而验证了多光束传输对于克服大气湍流影响的有效性。

空间激光通信中的常用调制方式是脉冲位置调制(PPM),雪崩光电二极管(APD)具有高增益、高灵敏度和响应速度快的特点,因而成为空间激光通信中的首选信号探测器件。针对空间激光通信的脉冲位置调制信道,分析了空间光通信系统中雪崩光电二极管探测噪声的特点和类别,根据小波变换具有提取信号局部特征的能力,提出了一种基于小波变换的雪崩光电二极管信号检测方法。采用四种不同的阈值选择算法选取小波系数以恢复信号,并进行了初步的仿真实验和分析。结果表明,自适应阈值选择算法取得的信号恢复结果最佳,可有效减弱强背景噪声的影响,提高雪崩光电二极管信号检测系统的性能。

介绍了空间激光通信中大气闪烁问题的研究进展;分析了激光大气闪烁效应对空间激光通信的影响；阐述了不同发射镜数目、各发射镜之间的距离和接收天线孔径对大气闪烁效应的影响, 给出了利用自适应光学系统减弱大气闪烁效应的原理；提出了解决空间激光通信中大气闪烁问题的思路。