随着信息技术的飞速发展，对大容量、高可靠数据传输的需求日益增长，自由空间激光通信(Free-space Laser Communication，FSLC)由于相较于微波通信和光纤通信具有很多优势而逐渐受到重视，比如传输容量大、安全性能高、功耗低、结构简单、无需频谱许可，不受电磁干扰等。但是FSLC系统的载波会受到大气信道中大气湍流的影响，导致严重的信号衰落，使信号难以检测。因此在相干调制方案的通信系统中，有必要研制窄线宽半导体激光器以减少大气湍流对光信号相位的影响。另外深入探究大气信道对载波的影响机理，能够为设计FSLC系统链路提供坚实的基础，实现高效性能且经济实用的高速通信系统。　　首先，基于延时外腔结构及自注入技术以实现对半导体激光器线宽的压窄，理论分析影响半导体激光器线宽的因素，重点研究改变外腔长度和注入功率这两个关键参数，用单模光纤结构搭建外腔结构，采用自主研制的延时自外差法的线宽测试系统进行线宽测试。结果显示，双环加延时光纤的外腔结构能够将半导体激光器的线宽压窄三个量级。　　其次，深入研究了FSLC系统中大气信道对激光信号传输的影响机理。理论方面重点推导大气折射率结构函数C2n以及折射率功率谱以探究大气湍流的本质，利用光场二阶及四阶分量推导了闪烁指数在不同湍流情况下的表达式，以强度概率密度函数模型两种方式来衡量大气湍流的程度，另外从大气吸收和散射效应来描述大气衰减的程度。结合激光束在大气信道的传输特性以及描述大气信道的参数，从理论角度深入理解通信系统性能的各项参数，包括接收信号功率、通信速率、误码率以及链路余量等。　　最后，设计并实现了基于强度调制直接探测(IM/DD)以及相干调制两种方案的光纤通信系统以及FSLC系统。IM/DD方案的光纤通信链路在622Mbps、1.25Gbps以及2.5Gbps三种通信速率下的灵敏度分别为-46.3 dBm、-44.4 dBm以及-42.5 dBm，与仿真得到的不同信噪比下高斯白噪声信道中误码率(BER)和C2n的关系趋势一致。经1 km自由空间信道传输的三种不同通信速率下的通信系统，除BER为0以外，BER与大气折射率结构常数C2n的变化趋势几乎保持一致。相干调制格式的光纤通信链路中2.5Gbps、5Gbps以及10Gbps三种不同通信速率下，在是否加入前向纠错以及掺饵光纤放大器的不同情况下，测试了通信系统的灵敏度范围，结果显示随着通信速率增加，系统灵敏度降低且范围逐渐缩小。最后在室内环境下成功实现了短距离的相干调制方案的FSLC实验。