激光成像技术已经广泛应用于城市建模、桥梁建筑、地形测绘等领域。激光成像具有距离分辨率高、探测距离远、回波信息丰富等优点,使其在各种成像技术中脱颖而出。随着单光子探测技术与时间相关单光子符合计数技术的发展,激光成像获得了更远的探测距离,更高的探测精度,极具应用潜力。多波束光子计数激光成像技术通过多个波束同时扫描,成像速度快、覆盖视场角度广,是激光成像技术发展的重要方向。本文主要研究多波束激光成像系统的波束调制技术和方法,提升多波束光子计数激光成像系统性能。论文提出多波束脉冲重复频率调制技术,在时间相关单光子符合计数过程中,利用同步触发信号与回波信号的时间相关性,仅使用一个单像素单光子探测器实现全部波束的回波光子信号同时探测。该技术绕过了单光子探测器阵列制备的难题,为多波束光子计数激光成像提供了一种简单的探测方法。运用该技术研制了16波束光子计数激光成像系统,在接收端仅使用一个硅基单像素单光子探测同时探测16个波束的回波光子。使用该系统对实验楼大厅进行成像测试,得到横向覆盖角度261.80 mrad,纵向覆盖角度2.98 rad,9600像素的三维图像,三维图像距离分辨率28.5 cm,探测精度48.0 mm。论文发展多波束空间强度和角度调制技术,研制出矩形阵列排布和线形阵列排布的两套100光束光子计数激光成像系统。系统均使用100通道硅单光子探测器探测,使用100通道时间相关光子计数模块进行信号处理。光束矩阵分布的系统角度覆盖密度高,相邻光束横向扫描形成的夹角仅为0.13 mrad。系统的激光波长为1064 nm的近红外不可见光波段,隐蔽性高,适合于军事目标搜寻探测的场景。使用该系统对950 m处的楼房建筑进行成像测试,光束之间完全无间隙,实现视场内的高密度覆盖;光束线形分布的系统角度覆盖范围广,100光束覆盖角度24.75 mrad。系统的激光波长为532 nm,可见光波段探测器的探测效率高,适合用于大范围的目标成像。使用该系统对400 m处的操场进行成像测试,扫描覆盖角度约4.0°×1.4°,得到6400像素的三维图像。