研究了脉冲光束的偏振和时序非相干合成技术，通过偏振合束器将两路50 W级500 Hz的589 nm钠信标激光在空间上合为一束光线，成功突破了100 W级μs脉冲全固态钠信标激光输出；利用脉冲激光同步延时器控制两路激光脉冲的时序，使其按先后顺序合成一束脉冲激光，重复频率提升到1 kHz。合束后的激光光束质量M²约为1.41，与单光束的光束质量基本保持一致，光斑抖动性约为40 μrad，可满足激光钠导引星自适应光学系统的应用需求。与传统的相干合成方法相比，该偏振和时序非相干合成方案具有结构简单、稳定、效率高的优点，且整个系统无需复杂的相位控制机制，为脉冲激光功率扩展提供了新途径。基于上述技术基础，结合自主提出的精密偏振分光专利技术，在丽江天文台通过一台发射望远镜将四束25 W/束的µs脉冲黄激光发射到钠层，成功产生了四颗钠导引星，这一结果将有助于推动大型地基光学望远镜中多层共轭自适应光学技术的发展。

无信标星间激光通信系统无需额外设置信标光组件，直接采用小束散角的信号光进行瞄准捕获跟踪，有利于降低终端的质量、体积、功耗和制造成本等重要指标，满足商业航天和低轨卫星空间激光网络的发展要求。为了克服现有无信标激光通信系统扫描时间长、捕获难度大的问题，综合考虑星上姿态变化、测量精度和终端安装定位误差等因素，对扫描不确定域进行了数值计算，设计了无信标扫描捕获流程，定量分析了粗精扫描机构控制带宽、扫描步长、规划路径与光束覆盖面积的耦合关系，提出了一种简单可靠的无信标粗精复合螺旋扫描方法。典型环境仿真结果表明，采用所提方法平均扫描捕获时长小于20 s，捕获概率大于95%，有效提升了无信标系统的扫描效率，可满足未来低轨卫星空间激光网络的快速建链要求。

系外行星的直接成像是当今国际天文学研究的热点，而对潜在的系外行星候选体进行大面积普查将是未来十年天文学的迫切需要。国际上中小型2 m级望远镜上部署的ROBO-AO瑞利激光信标自适应光学系统（AO），可以灵敏而快速地删察系外行星候选体。但瑞利信标高度引起的聚焦非等晕效应是限制其行星探测能力的重要因素。基于1.8 m望远镜61单元钠信标自适应光学系统优化构建系外行星高对比度成像系统，它将在近红外波长范围内提供系外行星的高对比度成像。通过对钠信标AO高对比度成像过程的仿真，发现在理论上，钠信标AO系统的系外行星高对比度成像性能优于ROBO-AO，即在2 h曝光时间内，可以实现与母恒星光通量比为4×10^?7的行星的直接成像，而相同环境下，ROBO-AO系外行星直接成像能力为1×10^?6，其中行星与恒星的角间距为1''''。