近年来,随着激光通信技术的快速发展,自由空间光通信逐渐成为热点研究领域之一。量子成像技术是一种利用光场强度涨落进行关联成像的新型成像技术。与传统成像方式相比,具有抗干扰能力强,可实现复杂环境下成像,能够消除湍流、散射介质等大气信道环境对成像质量的影响,作用距离远,光源波段要求低等优点。本文将量子成像技术应用到自由空间光通信研究中,论文主要完成以下工作:1.提出一种新的量子成像-自由空间光通信方案。结合量子成像技术,利用计算机生成的随机散斑图对待传输信号图像进行编码,采用量子成像技术中的二阶关联运算进行信号解码,理论推导了存在散射介质和湍流效应的大气信道中信号传输方程,并对传输特性进行了分析。2.搭建完成了量子成像自由空间光通信方案实验平台。发射端采用液晶空间光调制器对待传输信号图像进行编解码,接收端采用硅基探测器对传输信号进行探测采集,根据量子成像理论完成信号的解调恢复。实验验证了量子成像-自由空间光通信方案的可行性,理论与实验结果相一致。同时,由于在发射端采用单像素探测器进行信号探测,直接将光信号转化为电信号,原理上不再需要将光信号耦合进光纤中,为自由空间光通信设备简化和系统优化提供了一种新的思路。3.考察了大气信道存在散射介质时对光通信质量的影响。以脂肪乳溶液作为强散射介质,研究了大气信道中不同散射介质浓度对信号传输的影响。实验结果表明,基于量子成像技术的光通信方案具有优异的抗散射介质能力。4.考察了大气信道存在湍流效应时对光通信质量的影响。通过在大气信道侧面加入日光灯,模拟大气湍流产生的噪声对光通信质量的影响。实验结果表明,本文提出的自由空间光通信方案具有较好的抗湍流能力。5.针对现有实验条件下,有强散射介质和大气湍流存在时,利用高斯随机散斑编码信号图像恢复质量不理想问题,采用Hadamard矩阵加随机散斑矩阵构造了一种新的传输信号双编码方案,数值仿真结果证明可有效提高通信质量。6.结合企业实践期间掌握的光学设计软件,独立设计完成了一种光学透镜制作方案,并给出了加工制作工艺流程。