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自由空间光通信结合了光纤通信和微波通信的优势,已成为一种新兴的宽带无线通信方式,受到了人们的广泛关注。各发达国家对卫星轨道之间、空地、地空、地地等各种形式的自由空间光通信系统进行了广泛的研究,有一些国家已经推出了商业化产品。随着自由空间光通信技术的发展,研究者的目光逐渐转向利用1550nm波段成熟光纤通信技术扩大通信容量和降低成本的系统。本文研究的空间光-光纤的耦合技术是自由空间光通信应用光纤通信技术的首要问题。本文根据电磁场模场匹配理论,分析了影响空间光-单模光纤耦合效率的因素。通过优化耦合透镜相对孔径,可以实现较高效率的耦合。理论计算表明,当透镜1/F#分别为0.203和0.211时,1310nm激光最大耦合效率为82.54%,1550nm激光最大耦合效率为82.69%。当出现对准偏差时,耦合效率下降,对准偏差与耦合效率关系曲线与光纤端面光场分布曲线相似,工程上可以方便地加以计算。实验结果验证了理论分析方法和结果,测得最大耦合效率61%。本文推出章动提取角度误差信号的算法。利用角度误差信号的有源耦合模块,可以解决耦合效率对入射光斑偏移敏感的问题。章动将入射光角度误差探测和信号接收合二为一,减少了一个位置探测器件,简化了自由空间光通信系统光路和电路设计。如果采用光纤章动,还具有将器件微型化的潜力。有源耦合模块跟踪阶跃信号实验中稳态误差小于0.02μm。本文通过设计制作“无源耦合组件组装与测试平台”解决耦合组件的组装和测试耗时过长和精度较低的问题。该平台基于压电陶瓷执行器件,采用计算机控制,除达到了高精度快速地组装与测试的基本功能,还具有过程自动化的特点。理论分析和实验表明,控制对准偏差和优化耦合透镜相对孔径参数可以使空间光-光纤耦合效率损失小于3dB,自由空间光通信系统应用光纤通信技术具有可行性。