近年来,三维成像激光雷达是远距离探测领域的研究热点之一。相比传统微波雷达,激光雷达具有高精度的时间分辨率、空间分辨率,能够实现精确的测距、成像,因此在军工、民用领域都具有广阔的应用前景。本论文主要围绕新体制成像激光雷达的设计和实现展开。本文的主要工作分为三个部分:基于压缩感知的三维成像激光雷达的实验研究,提出了基于锁频技术和光子探测器的新型超远距离激光雷达方案并对锁频激光器进行了实验研究,对具有潜在激光雷达应用价值的高功率超短脉冲锁模光纤激光器进行了实验研究。压缩感知理论是信号采集和恢复领域的新兴理论,它因一定程度上打破了经典的Nyquist-Shannon采样定理而成为研究热点。它指出当目标信号是稀疏的或者具有稀疏表达的时候,可以用远低于经典采样定理要求的采样次数重构出目标信号。本文介绍了压缩感知的基本原理和本课题组基于该原理设计的新型三维成像激光雷达。分别对50m距离的屋顶和220m距离的合作目标“H”进行了压缩感知成像,测试了系统的横向空间分辨率,证明了基于压缩感知理论的激光雷达在采样次数较低的情况下实现高分辨率成像的巨大潜力。本文在第二部分提出了基于锁频激光技术的新型激光雷达方案,该雷达方案利用PDH锁频技术将单频激光器锁定在FP腔的某一谐振频率上,以灵敏度比光电倍增管高得多的光子探测器作为探测器,并使用同一 FP腔对光子探测器的入射光进行滤波。相比现有的激光雷达,该新型激光雷达理论上可以实现更远距离的目标探测。为了验证这一方案的可行性,本文在实验中以DBR激光器为种子,设计了相应的锁频电路,搭建了基于空间FP腔的PDH锁频激光器,并实现了频率的动态锁定。同时,基于FP腔设计了新型超窄带光学滤波器,并将该滤波器与光子探测器结合进行了测试。实测发现新型滤波器可以有效滤除来自背景的杂波干扰。本文在第三部分对可以输出超短脉冲的高功率锁模光纤激光器进行了研究。该激光器由于光谱较宽,如果使用FP腔滤波,将可以得到一束包含数个波长且频率间隔相同的超短脉冲激光,在激光雷达领域具有很大的潜在应用价值。本部分基于非线性偏振旋转技术设计了锁模种子激光,并利用MOPA技术进行功率放大,在主功率放大之前还引入一对光栅以调节脉冲初始色散量,最终得到了平均功率为12W、压缩后脉宽低于100fs的脉冲。