涡旋光束在遥感探测的应用中不可避免的会受到大气环境的影响,当涡旋光束在大气中传输时,湍流大气会导致涡旋光束相干性退化,轨道角动量谱的弥散,引起光束能量在光束横截面上重新分布,从而影响到涡旋光束探测旋转物体角速度的灵敏度。部分相干光束与完全相干光束相比,受湍流影响较小,而部分相干涡旋光束结合了部分相干光束及涡旋光束的优良特性。因此研究部分相干涡旋光束在湍流大气环境下的传输特性对涡旋光束的应用具有重要意义。本文主要研究了部分相干涡旋光束在湍流大气环境下的轨道角动量特性、相干性及涡旋光束的光强分布特性。主要工作如下:1.研究了涡旋光束自由空间中传输的强度分布以及相位结构。根据完全相干光束的轨道角动量谱理论,研究了拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束在自由空间中传输的轨道角动量特性。分析研究了部分相干光束的基本理论、大气环境下影响光束传输特性的相关理论及标量衍射理论。2.利用随机粗糙面降低了涡旋光束的相干性,研究了部分相干涡旋光束的强度分布,模拟随机粗糙面,计算了LG光束透过随机粗糙面的强度分布,且通过实验研究了LG光束透过毛玻璃后的强度分布。推导了部分相干LG光束在自由空间以及湍流大气中传输的光强分布表达式,研究了不同初始相干长度的部分相干涡旋光束在自由空间传输中的光强分布,分析了部分相干LG光束在湍流大气传输中的强度分布特性。结果表明:当部分相干LG光束的初始相干长度大小接近光斑尺寸时,光束在自由空间传输一定距离处的光强分布逐渐转化为空心分布;部分相干LG光束在湍流大气传输一定距离后,相位奇点消失。3.根据广义惠更斯-菲涅耳原理、LG光束在光场源平面处的交叉谱密度函数,推导了部分相干LG光束在湍流大气水平以及斜程传输过程中的交叉谱密度函数。根据部分相干光理论、完全相干光轨道角动量谱理论,推导了部分相干涡旋光束在湍流大气传输过程中的轨道角动量谱的积分表达式。研究了部分相干LG光束在湍流大气水平传输过程中的轨道角动量特性及其相干性。分析了部分相干LG光束在湍流大气斜程传输中的轨道角动量特性及相干性。结果表明:部分相干LG光束初始相干长度与束腰半径取值大小相同的情况下,随着束宽的增大,光束在湍流大气水平传输一定距离处的初始轨道角动量态相对功率减小;在湍流大气斜程传输过程中,光束横向相干长度随着距离的增大,先快速增大,当传输距离达到一定值时,光束的横向相干长度变化趋于平稳。本文的研究结果对涡旋光束在光学遥感探测领域的应用有一定的价值。