人们正处在一个信息俱增的时代，每天有大量的信息需要传递、处理。在这样的背景下，通信技术成了现代社会不可或缺的基础结构之一。从最初的烽火传递消息，发展到今天的微波、光纤通信网络，通信技术发生了巨大的变化。如今，传统的微波、光纤通信系统已远不能满足社会的需求。研究者们推出了3G通信技术，它将微波与光纤通信网络有效地结合起来，优化资源配置，从而满足人们的需要。其实，在发展这些通信技术的同时，另外一项通信技术，即无线激光通信技术(它是指利用激光束作为载波在空间直接进行语音、数据、图像信息双向传送的一种技术)因其结合了微波通信和光纤通信的优点，早在上世纪70年代就已经受到了美国的关注，随后欧空局更是开展了卓有成效的研究工作。尤其值得一提的是欧空局的SILEX计划，已于2001年11月首次成功实现了GEO-LEO轨道卫星之间的激光通信。在这一领域我们国家也不甘示弱，近年来开展了一系列的基础理论研究。本文作者课题组有幸成为其中的一员，对星间激光通信系统的地面轨道模拟，以及地面检测技术进行了初步的研究，并取得了阶段性的成果。星间激光通信要求的通信距离远至几万公里，对发射光束提出了特殊的要求，要求能衍射极限发射，如何实现高功率单模LD与单模光纤的高效耦合及空间滤波，并整形扩束成圆形、均匀光束以衍射极限状态向外发射，是急需解决的难点之一。本论文紧密结合大课题的需要，对星间激光通信系统中的光束发生单元以及相关的技术进行了研究，主要开展了如下几方面的工作：　　 1.参与研制了星间激光通信发射系统的光束发生单元。系统光源采用200mW单模LD。LD所发光束通过正交非球面透镜整形、准直，经单模光纤耦合及空间滤波，在尾纤处得到理想的点光源，再经过准直望远镜往外发射，便构成了光发生单元。实测系统的最大耦合效率达到了60％以上，实现了预期的目标。同时还研究并提出了一种改善耦合效率的耦合方案。　　 2.对光学矩阵在LD光纤耦合系统中的应用进行了研究，并推导了抛物微透镜的光学矩阵。从光学矩阵的基本理论出发，把傍轴近似下的光学矩阵理论引入到LD激光耦合系统的设计当中，利用ABCD变换法则，详尽地给出了在耦合方式选定下，如何设计出LD光纤耦合系统的参数。　　 另外，结合多模光纤在信标光的应用，对多模光纤抛物微透镜的光学矩阵进行了详细的推导，首次得到了对应的光学矩阵，为耦合计算提供了方便。　　 3.采用白光横向双剪切干涉仪对星间半导体激光通信系统中的发射光束的波面进行了检测。实验实时、直接从干涉图测得了发射光束的波高差为0.2λ，为计算光束发散度提供了有力的数据。　　 4.从夫朗和费衍射理论出发，给出了光束发散度的计算方法，并讨论了平面波和高斯光的发散度。利用干涉法测量到的光束波高差(0.2λ)，对于发射口径为25mm，λ=800nm，ω0=10mm的发射系统，光束的发散度为θ=64.8μrad，达到了光学衍射极限，表明发射系统合符设计要求。考虑到降低发散度计算的复杂性，通过引入圆孔函数的复高斯分解，得到了远场衍射的近似解析式。数值计算比较表明，它跟实际的远场衍射吻合，验证了其正确性，为计算发散度提供了极大的方便。同时就像差对发散度的影响进行了简单的讨论。