针对空间激光通信系统高能效高灵敏度的调制问题，对差分脉冲位置调制（DPPM）格式进行研究，并将其运用在相干光通信系统中，通过仿真及实验在系统功耗、误码（BER）性能和占用带宽中找到平衡点。实验结果表明，在直调直检和相干光通信传输系统中，在相同的传输信道，相同的传输速率为1.25 Gbit/s的DPPM信号时，两者达到硬判线所需的信号路光功率分别为-36.5和-60.0 dBm。相干传输系统对比直调直检传输系统提升了约24 dB的光功率裕度。对于实现硬判线的传输目标，传输3、6、12和24 Gbit/s速率的DPPM信号需要接收端光功率分别约为-49、-47、-42和-36 dBm。论证了采用DPPM格式/相干探测能够得到更高的灵敏度及更低的误码率。

基于光子探测的脉冲位置调制（PPM）空间光通信信道估计中，针对信号光子平均数以及背景光子平均数等参数估计问题，文章提出了两种估计信号光子平均数以及背景光子平均数方案。方案一，依据M阶PPM，M个时隙中只有一个有信号光时隙的特性，通过比较光子探测器计数到的每个符号中各时隙光子数以及统计纠错帧中各时隙光子总数，粗略估计信号光子平均数与背景光子平均数；方案二则是在方案一的基础上，在串行级联脉冲位置调制（SCPPM）系统中采用判决反馈方式重新确定信号光时隙位置。由于SCPPM累加器的存在导致错误传播，因此将译码输出的软信息先交织，再经硬判决以及累加后进行比特到PPM符号的映射重新确定信号光时隙位置，以此获得更加精确的信号光子平均数与背景光子平均数。

提出了一种新型周期永磁（PPM）聚焦系统，其中，每半个周期的这种PPM聚焦系统由1件极靴和5块永磁体共同组成，第1、第3、第5块永磁体与第2、第4块永磁体的极化方向相反，且任何相距半个周期的2块永磁体均具有相反的极化方向。采用MTSS2018对这种新型PPM聚焦系统的磁场进行了计算，结果表明新型PPM聚焦系统的轴线上磁感应强度B_z具有显著的第3次和第5次空间谐波，在过0点后能够更快上升到峰值，整体构型十分接近具有理想矩形分布的PPM系统。采用MTSS2018对G波段分布作用速调管（EIK）所需的电子枪进行了模拟计算，并采用上面计算的B_z对该电子注进行聚焦，获得了电子注电压为22 kV，电子注电流为215 mA的电子注，电子注最大半径为0.08 mm，满足G波段EIK的应用要求。计算中的峰值磁感应强度仅为1.2 $ \sqrt 2 $B_B，说明新型PPM聚焦系统与传统PPM聚焦系统相比，可以在较低的峰值磁感应强度的条件下实现电子注的有效聚焦。

当前行波管周期永磁聚焦系统的波端口位置处的磁环通常采用单向开口磁环。在波端口位置引入波导阻抗调谐支节的基础上，提出了两种不同的双向开口磁环结构。利用三维电磁仿真软件Opera-3D，分析了双开口磁环的中心轴线附近的磁场，并据此进一步介绍了带双开口磁环周期永磁聚焦系统的设计方法。为了验证带双开口磁环的周期永磁聚焦系统应用的可行性，设计和测试了一套E波段折叠波导行波管电子光学系统。在行波管试验中，电子枪发射电流83 mA，带双开口磁环的周期永磁聚焦系统聚焦的电子束流通率达到99%。