激光通过湍流大气中的传输于自由空间光通信(FSO)、生物医学、国防军事、激光雷达(Lidar)、光探测和光学操纵等许多应用中都有着重要的影响。激光在湍流中传输时受湍流的影响,从而导致激光的传输特性发生改变,进一步影响光束质量。涡旋光束有其特殊的螺旋相位结构,并且其携带的轨道角动量可以作为信息载体,涡旋光束对数据进行加密表现出极大的潜力,因此涡旋光束比传统高斯光束具有更高的应用价值。随机大气湍流对涡旋光束的传输具有严重的影响,随机大气湍流会引起光束闪烁、扩展、漂移等湍流效应,故此研究随机大气湍流对具有轨道角动量的涡旋光束的传输特性的影响,对包括军事等领域具有重要的参考价值和参考意义。本文以减小随机大气湍流对光束的传输影响为目标,采用数值模拟的方法,研究了具有轨道角动量(OAM)的涡旋光束在非均匀大气湍流中、各向异性非Kolmogorov大气湍流中的传输特性,本论文主要内容如下:1、介绍了本文的研究目的及意义,分析了涡旋光束在国内外的研究发展概况,并对光束在湍流大气中传输的研究进展进行了总结和分析。简单的介绍了激光传输的基本理论、方法,介绍了几种常见的大气湍流功率谱模型以及大气折射率结构常数模型,简要介绍了广义扩展惠根斯菲涅尔(Huygens-Fresnel)原理、维格纳(Wigner)分布函数以及强度矩理论。2、推导了具有OAM的涡旋光束在非均匀大气湍流传输过程中,均方根空间扩展、均方根角扩展、M~2因子的数值解析式。并通过数值模拟,详细分析了不同光束参数(束宽、相干长度、波长)和不同湍流参数(湍流内尺度、天顶角)对相对均方根空间扩展、相对均方根角扩展以及相对M~2因子的影响。并数值模拟对比了电磁高斯谢尔模型(EGSM)光束与具有OAM的涡旋光束在传输时受不同湍流参数和光束参数影响时,相对M~2因子的变化情况。3、基于Wigner分布函数的二阶矩理论和各向异性非Kolmogorov大气湍流功率谱,得到了具有OAM的涡旋光束传输的均方根空间扩展、均方根角扩展、M~2因子和曲率半径的表达式。数值模拟结果表明,光束的传输特性取决于大气折射率结构常数、相干长度、广义指数参数、各向异性参数、湍流内尺度、初始偏振度的变化。