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空间激光到单模光纤（single mode fiber, SMF）耦合是基于光纤器件的自由空间激光通信（free space optical communication，FSO）的关键技术之一。环境温度和重力使接收光轴与入射光束间存在静态角度误差，发射、接收等平台的振动、跟踪探测器噪声及转台机械噪声等导致入射光束与接收光轴之间的夹角存在随机抖动，大气湍流导致光束相位随机起伏，使接收光束发生波前畸变、光斑漂移，这些误差严重影响空间激光到SMF耦合效率及稳定性，进而影响FSO的通信性能。自适应光纤耦合器（adaptive fiber coupler，AFC）是一种能够通过移动光纤端面、跟踪聚焦光斑，从而补偿倾斜误差、提高SMF耦合效率及稳定性的自适应光纤器件。本文主要研究静态角偏差、随机角抖动和大气湍流像差对空间激光到单模光纤耦合效率及稳定性的影响，以及AFC和自适应光纤耦合器阵列（adaptivefiber coupler array，AFCA）在补偿误差、提高系统耦合效率及稳定性中的作用。根据模式匹配原理推导了空间激光到SMF耦合效率的理论计算公式，以及存在静态角偏差、随机角抖动和大气湍流时SMF耦合效率的理论公式。仿真分析了大气湍流像差对SMF耦合效率的影响，以及校正大气湍流倾斜像差对提高SMF耦合效率的作用。分析表明：静态角偏差、随机角抖动对SMF耦合效率影响很大，必须加以校正；D/r0较小（D较小、湍流较弱）时，只需校正大气湍流倾斜像差即可获得较好的SMF耦合效率及稳定性；当D/r0较大时，仅校正大气湍流整体倾斜像差，不能获得理想的SMF耦合效率。搭建了基于AFC的自适应补偿倾斜误差、提高SMF耦合效率及稳定性的实验平台，进行了基于AFC补偿静态角偏差、正弦角抖动和模拟湍流倾斜像差的SMF耦合实验研究。实验研究表明AFC能够有效补偿静态角偏差、正弦角抖动和模拟湍流倾斜像差，提高SMF耦合效率及稳定性；验证了仿真分析的正确性。针对D/r0较大，利用AFC校正倾斜像差不能获得理想的SMF耦合效率的情况，提出了一种利用AFCA补偿大气湍流像差、提高系统耦合效率的新型自适应光纤耦合方案。该AFCA是一种紧密排列的AFC阵列，其思想是通过AFC补偿子孔径倾斜像差、提高子孔径SMF耦合效率，从而提高系统耦合效率。建立了AFCA补偿大气湍流像差的仿真模型，分析了AFCA提高系统耦合效率的作用，以及AFCA子孔径数和填充因子对AFCA系统耦合效率的影响。实际研制了一个填充因子为0.875的紧密型AFCA，并且设计了相应的AFC六维调节机构。全文通过理论、仿真和实验研究证明： AFC及AFCA能够有效地补偿静态角偏差、随机角抖动和大气湍流等像差，提高系统SMF耦合效率及稳定性。