空間光學是在高層大氣中和大氣外層空間利用光學設備對空間和地球進行觀測與研究的一個應用學科分支（對地觀測見光學遙感）。 

人們從地面對空間觀測過渡到從空間對地和對天體觀測，從而擺脫大氣帶來的種種限制，是科學上的一大進展。對空間（天體）觀測和研究，主要是利用不同波段及不同類型的光學設備，接收來自天體的可見光、紅外線、紫外線和軟X射線，探測它們的存在，測定它們的位置，研究它們的結(jié)構(gòu)，探索它們的運動和演化規(guī)律。

空間光學的歷史如果從20世紀40年代發(fā)射探空火箭和發(fā)送氣球算起，不過幾十多年，然而它的發(fā)展是十分引人注目的。在1946年利用V-2火箭發(fā)射攝譜儀探測來自空間的紫外線；1957年蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星。人造衛(wèi)星的發(fā)射標志著空間時代的到來。自此，空間光學開始了蓬勃發(fā)展的時期。60年代以后，美國相繼發(fā)射持續(xù)對整個太陽觀測的軌道太陽觀測臺 (OSO)系列，蘇聯(lián)發(fā)射了一系列天文衛(wèi)星（主要有“預報號”衛(wèi)星系列），歐洲空間局也發(fā)射了特德－1A(TD-1A)衛(wèi)星。

不過它們所帶有的光學設備大都工作在紫外和X 射線波段。從60年代中期到70年代初，美國共發(fā)射了3個軌道天文臺(OAO)，其中OAO-3上裝有一架口徑91厘米的卡塞格倫式紫外望遠鏡，工作波段為1000～4000埃，空間分辨率為5角秒。1973年美國發(fā)射了載人天空實驗室，上面的阿波羅望遠鏡裝置是一組觀測太陽的光學設備，它的發(fā)射使從空間對太陽的觀測發(fā)展到一個新的階段。美國1978年發(fā)射的第二顆高能天文臺(HEAO)，它裝有一架大型掠射X 射線望遠鏡，口徑為0.6米，焦距為3.4米，分辨率為1～2角秒。還有四種可更換的探測器：高分辨率成像器、晶體分光計、成像正比計數(shù)器、固體分光計。1983年1月26日世界上第一顆紅外天文衛(wèi)星發(fā)射成功，這顆衛(wèi)星是由荷蘭、美國和英國聯(lián)合研制的，它裝有一架口徑為60厘米的紅外望遠鏡，其靈敏度比所使用的同類儀器高得多。

具體來說，對地球觀測，主要是利用儀器通過可見光和紅外大氣窗口探測并記錄云層、大氣、陸地和海洋的一些物理特征，從而研究它們的狀況和變化規(guī)律。在民用上解決資源勘查（包括礦藏、農(nóng)業(yè)、林業(yè)和漁業(yè)等）、氣象、地理、測繪、地質(zhì)的科學問題，在軍事上為偵察、空間防御等服務；對空間(天體)觀測和研究，例如，對太陽觀測主要是研究太陽的結(jié)構(gòu)、動力學過程、化學成分及太陽活動的長期變化和快速變化；對太陽系內(nèi)的行星、彗星以及對銀河系的恒星等天體的紫外線譜、反照率和散射的觀測，確定它們的大氣組成，從而建立其大氣模型。

人們從地面對空間觀測過渡到從空間對地和對天體觀測，從而擺脫大氣帶來的種種限制，是科學上的一大進展。眾所周知，地球周圍存在著稠密的大氣層，恰恰是這層大氣，多年來限制著人們從地面和低空間對天空的觀測和研究。太陽是強大的輻射體，它的輻射度最大值處于波長為0.47微米處 ，而輻射能的46%在0.40～0.70微米可見光譜段。當太陽光經(jīng)過大氣層時，由于大氣的種種作用，使它的能量衰減，投射到地面的太陽光的短波部分被截止在0.3微米處，X射線和γ射線就更難到達地面，在紅外波段上，波長越長吸收越強。同時，即使在大氣窗口可見光3000～7000埃和近紅外幾個波段的太陽光也還要受到大氣的折射和湍流的影響，致使光學儀器的空間分辨率大大下降。

在空間對空觀測和研究超越了大氣層這個屏障，實現(xiàn)了可見光、紅外線、紫外線、X射線和γ射線全電磁波段探測，提高了測量精度。例如，據(jù)估計美空間望遠鏡只有2.4米的口徑，其分辨率比地面5米口徑的海爾(Haier)望遠鏡高十倍；此外，還可進行全天時的巡天觀測。

空間激光通信是指用激光束作為信息載體進行空間?包括大氣空間、低軌道、中軌道、同步軌道、星際間、太空間通信。激光空間通信與微波空間通信相比，波長比微波波長明顯短，具有高度的相干性和空間定向性，這決定了空間激光通信具有通信容量大、重量輕、功耗和體積小、保密性高、建造和維護經(jīng)費低等優(yōu)點。

1、大通信容量：激光的頻率比微波高3-4個數(shù)量級(其相應光頻率在1013-1017 Hz)?作為通信的載波有更大的利用頻帶。光纖通信技術(shù)可以移植到空間通信中來，光纖通信每束波束光波的數(shù)據(jù)率可達20Gb/s以上，并且可采用波分復用技術(shù)使通信容量上升幾十倍。因此在通信容量上，光通信比微波通信有巨大的優(yōu)勢。

2、低功耗：激光的發(fā)散角很小，能量高度集中，落在接收機望遠鏡天線上的功率密度高，發(fā)射機的發(fā)射功率可大大降低，功耗相對較低。這對應于能源成本高昂的空間通信來說，是十分適用的。

3、體積小、重量輕：由于空間激光通信的能量利用率高，使得發(fā)射機及其供電系統(tǒng)的重量減輕；由于激光的波長短，在同樣的發(fā)散角和接收視場角要求下，發(fā)射和接收望遠鏡的口徑都可以減小。擺脫了微波系統(tǒng)巨大的碟形天線，重量減輕，體積減小。

4、高度的保密性?激光具有高度的定向性，發(fā)射波束纖細，激光的發(fā)散角通常在毫弧度，這使激光通信具有高度的保密性，可有效地提高抗干擾、防竊聽的能力。

5、激光空間通信具有較低的建造經(jīng)費和維護經(jīng)費。

空間光學系統(tǒng)的發(fā)展在于追求必要的精度和光譜、時間、空間分辨率，這與新技術(shù)、新器件以及信息傳輸與處理技術(shù)密切相關(guān)。發(fā)展的趨勢是發(fā)展多元線陣 CCD成像器件和大型二維陣列焦平面探測器的自描大型成像系統(tǒng)、發(fā)展數(shù)據(jù)控制技術(shù)、改善星上和地面的數(shù)據(jù)處理，縮短處理時間和降低成本；使用X射線天文物理設備擴大高能天文觀測能力；利用太陽地球觀測臺更詳細地研究太陽—地球環(huán)境。