提出了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)硬件控制平台将空间激光耦合至单模光纤(SMF)的自适应耦合技术。将自适应光纤耦合器作为激光接收器件和像差校正器件, 使用基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的FPGA硬件控制平台实现SMF端面对聚焦光斑的自适应跟踪, 算法的双边迭代速率达到了3 kHz。实验结果表明, 该控制系统可补偿SMF接收端面最大约9 μm的静态对准偏差(对应空间光束的最大可校正静态角偏差为600 μrad), 对于模拟大气湍流造成的耦合效率下降具有150 Hz的校正带宽。

自适应光纤耦合器(AFC)是一种可实现高稳定、高效的空间光至光纤耦合的新型自适应光学器件。研究了AFC阵列作为空间激光通信系统接收光端机的可行性。在不同的大气湍流强度下，利用SPGD算法，仿真研究了不同子孔径数AFC阵列的闭环控制过程。研究结果表明，AFC阵列技术可缓解大气湍流影响，改善光纤耦合效率并提高耦合过程的稳定性；当等效接收口径一定时，随着阵列子孔径数的增加，光纤耦合效率及控制算法收敛速率都相应提升。

空间激光到单模光纤（SMF）耦合技术是自由空间激光通信中的关键技术之一。在Matlab环境下仿真分析了单项波前像差和大气湍流像差对空间光到SMF耦合效率的影响，研究了随机并行梯度下降（SPGD）算法校正大气湍流中整体倾斜像差的迭代过程及对耦合效率的影响。仿真结果表明，SMF耦合效率随单项波前像差均方根（RMS）增加而降低，校正大气湍流中整体倾斜像差后，SMF耦合效率都有提高；当D/r0较小时，大气湍流像差中影响SMF耦合效率的主要像差为倾斜像差。搭建了基于SPGD算法的闭环控制系统，利用自适应光纤耦合器（AFC）校正模拟湍流倾斜像差后，SMF平均耦合效率从30.07%提升到了61.72%；耦合效率的均方误差（MSE）从7.28%降低到2.16%。