卫星光通信是卫星通信技术中一个新的发展方向。它是指利用激光光束作为信息载体在卫星-地面站和卫星间建立光通信链路。量子密码术,更确切地说是量子密钥分配,它是最近二十年发展起来的一种新的通信技术,它利用量子特性来得到或提高通信的保密性。采用单光子通信技术的量子密码通信,是最有可能首先得到实际应用的量子通信技术。将量子密码术与卫星光通信相结合,进行卫星光通信中的量子密钥分配技术研究,是一项非常有意义的研究工作。单光子捕获技术是自由空间量子密钥分配的关键技术。对于单光子捕获,一个重要问题就是单光子捕获概率问题。本论文以卫星光通信为背景,对星地量子光通信单光子捕获概率进行研究。主要包括以下几方面:进一步建立基于厄米-高斯光束处于TEM₂₀、TEM₀₂、TEM₃₀、TEM（03）及TEM₁₁模式下的单光子捕获概率理论模型,通过数值仿真给出厄米-高斯光束处于不同模式下单光子捕获概率的大小,为最佳模式选择提供理论依据。给出时间滤波的具体物理模型,将该模型与数值仿真结果相结合,分析在进行单光子捕获时需淘汰的模式及最佳模式,以及其它各种模式的实际应用价值。另外,结合时间滤波的物理模型分析基于拉盖尔-高斯光束各模式下的单光子捕获概率。对于星地激光链路,还需要考虑大气因素对单光子捕获概率的影响。本文主要研究了大气衰减效应对单光子捕获概率的影响,对已建立的单光子捕获概率理论模型进行了修正,基于修正后的理论模型进行了相应的仿真分析,得出经大气衰减后单光子捕获概率的量级为10^-410^-6。最后对大气衰减效应对单光子捕获概率影响的补偿办法进行了探讨,并结合实际情况给出光束远场发散角、接收机天线孔径的最佳参数。