提出了一种以高斯涡旋光束作为光源，实现中继镜系统上行链路能量损耗有效降低的新方法。计算了以高斯光束为光源的30 km高度中继镜系统上行链路能量损耗情况，结果是，系统上行链路的能量耦合效率为76.48％，接收望远镜次镜阻挡作用造成了主要能量损耗，阻挡损耗的能量占总能量的22.85％。分析了涡旋光束中心暗核大小及形态与光束参数的关系，结果是，暗核的形状由光束相位涡旋量决定，仅当光束相位涡旋量为2π整数倍时，暗核为圆形；暗核的口径大小分别随着光束相位涡旋量的增加和光束传输距离的增加而增加。计算了以高斯涡旋光束作为光源的30 km高度中继镜系统上行链路能量损耗情况，结果是，以高斯涡旋光束作为光源时，系统的能量耦合效率可达到97.25％，有效地降低了系统上行链路的能量损耗。

光束上行传输能量耦合效率是中继镜系统的关键因素之一，通过利用随机并行梯度下降算法(SPGD)优化出射光束的相位分布实现接收光场的光束整形，提高系统的能量耦合效率。建立了双望远镜系统模型并计算了0.1～0.5 m双望远镜系统垂直传输10 km和30 km的结果。结果表明，通过整形，中继镜系统的上行传输能量耦合效率得到了有效的提高。

在长距离无线光通信中，接收点光功率密度与光束发散角平方呈反比关系，为了获得小的发散角和大的功率耦合效率，要求准直系统有较大的数值孔径(NA)，但数值孔径过大会增加像差，因此合理设计功率耦合效率与准直系统的数值孔径就非常重要。该文对半导体激光器光束准直系统中功率耦合效率进行了研究，给出了半导体激光器光束功率耦合效率与k(孔径半径与孔径处等效光束半径之比)的关系表达式，并结合激光器光束准直系统，给出了半导体激光器光束功率耦合效率与准直系统数值孔径的关系表达式。该研究结论对于半导体激光器光束准直系统设计具有参考作用。