在当今的信息时代，随着社会的发展人们对大容量通信技术的需求愈加强烈。自由空间激光通信以其通信容量大、抗干扰能力强和终端尺寸小等优点，成为大容量通信技术的研究重点。该通信系统的一大关键器件是探测器，包括信号光探测器和信标光探测器。信号光探测器常用雪崩光电二极管和PIN光电二极管，用于完成通信功能；信标光探测器常用CMOS图像传感器，用于完成PAT功能。由于加工工艺和材料缺陷等一系列原因，探测器存在响应非均匀性，影响通信系统的性能。因而，测量探测器的响应非均匀性和分析响应非均匀性对星地激光链路性能的影响并对响应非均匀性提出补偿方法具有重要的意义。本论文的主要研究内容如下：首先，基于探测器的工作原理分析了探测器存在响应非均匀性的原因，并给出了探测器的响应非均匀性的定量描述方法。其次，在分析了星上终端探测器入射的信号光功率和背景光功率的基础上，理论分析了误码率随响应度的变化关系，即响应非均匀性对误码率的影响。为了验证信号光探测器PIN光电二极管的响应非均匀性，搭建了PIN光电二极管响应非均匀性测试光路，用精瞄镜控制小光斑扫描PIN光电二极管的光敏面。由于精瞄镜扫描范围和聚焦透镜组的限制，测量了PIN光电二极管光敏面中心区域附近（约占光敏面总面积52.16%）的响应非均匀性。然后，理论分析了指向误差与响应非均匀性的关系。为了测量CMOS图像传感器中心区域附近10×10像元的响应非均匀性，搭建了CMOS图像传感器响应非均匀性测试光路，用精瞄镜控制小光斑扫描CMOS图像传感器的中心区域。用CMOS图像传感器采集光斑，分析该光斑对应于星地激光链路中光束的指向角和指向误差。最后，对CMOS图像传感器响应非均匀性用多项式拟合校正法和高斯函数拟合校正法进行校正和对比。