空间激光通信与传统的射频通信不同,使用激光光束作为传播信息的载体,激光光束发散角小接近衍射极限,因此指向性好,解决了传统射频通信功率大,保密性不高的问题;同时激光具有相干性,频谱资源丰富,借助光混频器进行高灵敏度的相干接收可实现超高容量的信息通信,与常用的强度调制/直接探测方式相比优势巨大。激光通信涉及到多项关键技术,在对激光光束的处理过程中还存在着很多问题有待解决。本文首先分析了空间激光通信系统中的几项关键技术,提出了目前存在的问题,并使用非球面光束整形镜组来改善这些问题。a)光学天线一般使用卡塞格林光学系统,是一种反射式望远镜,次镜会对中心光束造成遮挡。激光光束为高斯分布,中间强度大,边缘强度小,采用非球面整形镜对光束进行整形处理再经过光学天线发射可减小天线次镜遮挡造成的能量损失,将激光光束的振幅分布模式由高斯分布改变为均匀分布,与不加入整形功能的光学天线相比,其发射效率可提高11%。b)空间光束进入到光学系统后需要耦合进单模光纤中,然而由于入射光束和单模光纤模式不匹配问题,远距离传播后的光束即使排除大气湍流、接收端的像差等因素后仍不能较高效率的耦合进单模光纤中,借助反射式光束整形单元可将空间光束改变为单模光纤支持的模式,通过研究空间光与单模光纤的耦合理论,设计反射式光束整形镜组,提高空间光与单模光纤的模式匹配程度,实现了比均匀光束更高效率的单模光纤耦合。c)相干光通信系统中的光混频器会对信号光和本振光进行相干混频,进一步得到中频信号。如何提高信号光和本振光的混频效率是光混频器的研究重点。本文设计了一套激光光束扩束整形透镜组,拆分后分别用于光混频器的本振光光束处理和信号光光束处理,使两光束的几何尺寸,振幅分布都接近,进而可以得到接近100%的混频效率。通过对激光通信中光束处理技术和非球面光束整形镜的研究,本文提出了对空间激光通信技术的改进方法,可为激光通信的系统设计提供参考。