本发明公开了一种利用波片组提高多普勒模拟器光学效率的装置及方法，该模拟器由激光准直发射器、偏振分光棱镜、1/2与1/4波片组、多次反射角锥组及激光会聚接收器组成；激光准直发射器传输至激光会聚接收器的激光经多次反射角锥组中的n个固定小角锥棱镜及1个可运动大空心角锥多次反射，光程变化速度为大空心角锥运动速度的4n倍，从而模拟星地相对运动产生的多普勒效应。单个1/4波片无法完全补偿系统中角锥组的偏振相位，返回光束仅部分被接收，系统效率低。本发明采用空心角锥实现光路返回避免退偏效应，采用波片组补偿附加相位，提高了多普勒模拟器的光学传输效率，该方法适用于星地高精度时频传输、多普勒频移补偿等领域。