空间光通信是目前极具发展潜力的通信方式，在国防预研和民用方面都有着广阔的应用前景。 本文主要针对空间光通信的两项关键技术：高精度的激光束准直和先进的光学天线技术进行了深入的研究。探索了光子晶体在光通信中的应用。建立了一套仿真软件对光通信系统中的光学平台进行优化设计，并进行了加工(实现)、实验测试和验证。 论文的主要结论如下： 1．利用高斯光束在空间的传输规律，设计了平凸透镜组所构成的点源激光束准直系统。通过实验测试其准直发散角为2.93mrad，该值不满足课题指标要求(<-0.5mrad)，需探索新的高精度准直方法。分析了二元光学准直方法，但限于加工昂贵，未实际加工。 2．研究了非球面(圆面、椭圆面、抛物面、双曲面)柱透镜组激光束准直系统，利用遗传算法和MATLAB最优化工具箱仿真得到860nm点源半导体激光束的最优椭圆柱透镜组准直发散角为115μrad，对于830nm波长的激光准直发散角为112μrad，该准直方法有效地提高了准直精度，满足课题指标要求。最后从理论上，提出了一种能实现更高精度的理想非球面准直方法。 3．利用矢量形式的折射定理，建立了一种对复杂光学系统(包括非球面、非轴对称的光学系统)的三维空间光线的精确追迹方法，得出了光线的矩阵传递公式。利用该方法对大功率线源半导体激光束柱透镜组准直系统进行了优化设计。实验测试结果表明：778nm的激光束准直发散角为1.93 mrad。对于917nm的激光束准直发散角为2.13mrad。满足课题对信标光指标要求(<-5mrad)。 4．对布拉格光纤径向准周期结构建立了仿真理论模型，研究了径向包层结构对光传输特性的影响。另外对准周期结构的容差进行了详细讨论。对一维光子晶体全反射镜、滤波器也进行了仿真设计。 5．分析了光学天线增益的影响因素，构建了发散角与光学天线结构的仿真理论模型，优化设计了卡塞格伦光学天线系统。研究了光通信系统最大通信距离的影响因数。对光学天线进行了加工，并利用波像差测试仪进行了测试，其波像差均方值为0.041λ，满足设计指标要求(≤λ/20)。 6．研究了光通信近场模拟远场的方法，并构建了判断光学天线系统光轴偏离的仿真理论模型。对光学天线传输效率进行了实验测试，结果为59.38％。对其小于理论设计值65％的原因进行了误差分析。对光通信系统中的一种新型三维高密信息存储单元技术进行了研究。 建立了仿真软件对光通信系统中光学平台进行优化设计，并进行了加工实现、对光学平台的聚焦光斑和视场角进行了实验测试。所有测试结果表明该光学平台能正常地进行光的发射与接收。