自由空间激光通信技术相比于射频通信技术具有带宽高、可承载信息量大、功耗质量要求低、以及安全性好等优势,并广泛应用于地面间短距离通信、与卫星全反射技术相结合的全球通信、以及军事核潜艇间的通信等领域。然而激光通信系统中,接收端一般采用芯径仅有9μm的单模光纤,并且在将空间光耦合到单模光纤的过程中极容易受到大气湍流、随机角抖动、以及机械平台振动等的影响,导致信号光严重偏离光纤端面。本文针对上述的问题,提出了一种基于章动模式的精密跟踪算法,采用峰值功率作为反馈,实现了接收端光纤对信号光的主动捕获与跟踪,提高了通信系统接收端的耦合效率。本文首先介绍了单模光纤耦合系统的基本理论,得到理想情况下,耦合效率的理论极值为81.45%。同时也研究了实际系统中存在对准偏差、随机角抖动以及大气湍流情况下,耦合效率表达式的变化,研究得出径向对准偏差对耦合效率的恶化程度最大,因此亟需设计伺服系统对其进行校正。接下来阐述了激光章动的收敛过程和跟踪算法的设计原理,并介绍了伺服系统的总体设计方案和相关硬件的选型和性能。然后分别对章动跟踪算法和伺服单元的设计开展了仿真研究,该仿真在验证章动算法可行性的基础上,也模拟了实际系统在不同等效正弦信号输入下的动态扰动抑制效果。最后搭建了单模光纤章动精密耦合系统,分别对耦合参数选取和动态扰动抑制性能进行了研究。大量的静态实验研究表明,当章动半径为1.5μm、收敛步长为1.25μm、采样点数为30个时,耦合效率取得极值为62.7%。动态扰动实验表明,该系统从章动开始到收敛用时为10ms,耦合范围达到1.1mrad;当引入1.1mrad,2Hz的扰动后,系统仍能将开环时探测器接收光功率的均方误差由9.91%抑制到闭环时的0.81%,说明系统具备较快的动态响应和较强的角度偏差校正能力;随后开展了系统在不同信噪比下的耦合性能测试,结果表明当信噪比不低于4.6d B时,章动耦合系统仍能正常工作,体现了章动算法对噪声干扰具备较强的容错性。