随着激光雷达技术的发展,星载激光雷达成为实现全球大气参数剖面探测的最佳方法。但是,现有的拉曼激光雷达系统体积大、结构不紧凑、光路调整困难等缺点制约了其在机载或星载上的应用。本文尝试使用反射式布拉格光纤光栅(FBG)作为分光元件,设计全光纤分光的激光雷达系统。在全光纤拉曼激光雷达测温系统中,最大的光能损耗发生在望远镜与单模光纤耦合处,因此如何提高望远镜与单模光纤的耦合效率对于搭建全光纤拉曼激光雷达测温系统具有重要意义。　　 论文通过单模光纤模式匹配理论对望远镜与单模光纤之间的耦合效率进行分析,以单模光纤传输条件为基础,建立了单模光纤的耦合模型,分析了最优耦合条件。通过分析自由空间平面波和单模光纤耦合的数学表达式,重点分析了横向偏移、倾角误差以及离轴误差对光学系统耦合效率的影响,获得了在一定耦合效率下的三种位置误差的容差范围,为实现空间激光到单模光纤的耦合提供了重要的理论基础。　　 论文基于ZEMAX光学设计软件平台,对实验室现有的卡塞格林式望远镜进行仿真,并且优化系统,根据优化结果合理的选择望远镜附加透镜光学参数及位置。介绍了球透镜、微透镜阵列、自聚焦透镜的特性以及在单模光纤耦合领域中的应用。并且利用ZEMAX软件分别对以球透镜、微透镜、自聚焦透镜为耦合器件时的耦合系统进行仿真,优化系统参数,提高耦合效率,为合理的选择光学器件参数提供数据支持。同时利用高斯光束传播模式分析其仿真实验结果证明,设计的耦合系统可以使全光纤拉曼激光雷达得到最佳耦合效率和信号能量。　　 搭建单模光纤耦合系统,在该套系统的基础上分别使用LED525和PL8020激光器作为光源,同时使用光谱仪对单模光纤耦合效率进行测试。并且利用非球面光纤准直器作为耦合元器件,提高了单模光纤的耦合效率,将原有四根不同参数的光纤的耦合效率提高了22％到32％,验证了自由空间激光到单模光纤高效耦合的可行性。