空间激光通信系统由于具有通信速率高、保密性好、抗干扰能力强的突出特点,而使其具有广泛的应用前景。从信号调制/解调模式上空间光通信可以分为强度调制/直接探测与相位调制/相干探测两种方式,相干探测由于具有探测灵敏高、信息容量大、波长选择性好、调制格式多样等特点成为近年研究热点。相干通信从信号处理方式上可分为数字相干通信与模拟相干通信,数字相干系统一般应用于光纤通信中,由于具有较大功耗,并且需要使用高速模数转换器件(A/D转换)等要求,限制了其在空间场景的应用。因此,零差方式的模拟相干光通信系统,在空间应用领域获得广泛关注。光锁相环系统作为相干光通信系统的重要组成部分,由光压控振荡器、鉴相器、环路滤波器等部分构成,实现入射光与本振激光载波同步,相位误差最小,进而解调出基带信号。锁相环系统性能直接影响光通信系统性能,影响锁相环性能的主要因素有多普勒频移、激光器线宽、相位噪声、探测器散粒噪声等,可通过锁相选型、关键器件优化选取、复合环路滤波设计等方式对上述误差进行有效抑制,提高锁相环性能。本文以相干通信技术为研究背景,开展光锁相环相关技术研究,通过对比分析各种典型锁相环的实现形式、难易程度、技术需求等,确定以科斯塔斯环作为研究对象。推导90°光混频器与光电平衡探器组合鉴相原理;研究环路滤波器作用、组成及工作原理;阐述光压控振荡器组成、特点及实现形式。推导环路噪声特性与环路带宽之间关系,并完成相关内容仿真分析,为后续带宽设计提供支撑;建立光锁相环路模型,包括光鉴相器模型,环路滤波模型,光压控振荡模型,压电陶瓷调谐和声光调制调谐复合实现大范围、高精度环路模型等,完成环路参数设计及仿真分析。完成关键器件选取及部分硬件电路设计;搭建实验系统对锁相环路性能进行测试,结果表明通过复合环路方式可完成锁相功能保,证相干通信正常进行。锁相范围最大30GHz,环路带宽1.7MHz,最大锁相误差5.1°。研究成果可促进相干光通信技术发展。