相干光通信因具有灵敏度高、抗干扰能力强以及调制方式丰富等优点而成为了科研人员的研究热点。作为相干光通信系统终端的的重要组成部分,光混频器的性能对相干光通信系统的接收性能有着直接的影响,在通信系统中起着至关重要的作用。本文根据空间光混频器的基本组成原理,综合利用光在单轴晶体中的传播特性,设计了一种适用于相干光通信系统的2×4 90°晶体型空间光混频器,并针对设计的光混频器展开了一系列研究。主要工作如下:1.根据晶体的双折射效应、波片的相位延迟效应以及偏振原理设计了一种晶体型2×4 90°空间光混频器。该混频器由三块双折射晶体和两块1/2波片来实现信号光和本振光的分束、耦合及再分束;一块1/4波片产生所需的相移,实现了 2×4 90°光混频器的功能。综合分析后,对晶体的结构进行了设计,给出了具体的结构参数。2.对设计的光混频器进行性能分析及结构优化。通过建立该混频器的误差分析模型,分别分析了各种因素对混频器的相位精度、支路能量的均匀性以及分光比的影响强烈程度;通过在信号光路增加一个1/2波片,并旋转该波片以及本振光路的1/4波片,对混频器的相位和分光比分别进行补偿和调整,以优化混频器的性能。3.光混频器的实验研究。对设计的光混频器进行加工制作,通过实验验证该混频器的功能,并将该混频器应用到相干光通信系统中进行进一步验证。理论分析结果表明,1/4波片对该混频器的相对相移以及分光比的影响最为剧烈,是影响光混频器性能最主要的因素之一。通过旋转1/4波片的光轴会使得混频器的相位和分光比均发生改变,而信号光路增加的1/2波片仅影响同相/正交支路的分光比,该方案完全可以补偿由于晶体加工误差、波片误差以及系统误差等因素引起的相位误差,且对分光比进行重新调整,同时,在最坏情况,混频效率仅下降到75.9%。因此该相位补偿和分光比调整方案简单有效、具有可行性。实验结果表明,该混频器具有插入损耗低,分光比可调的优点,能够在相干光通信系统中进行长时间稳定的通信。