激光在大气中传输,由于大气湍流扰动的存在,沿光束传输路径上的折射率分布随机变化,这将会导致光束的波前结构遭到破坏,进一步引起光束携带信息的损坏,甚至丢失。位相奇点光束与轨道角动量相关,由于可能的光束轨道角动量数理论上是无上限的,对其的研究在光通信中具有重要的潜在应用价值。位相奇点光束在传输的过程中,受制于湍流的影响,轨道角动量各模态之间将会发生串扰,不利于在接收端对光束携带信息的提取。本文目的是致力于探究出湍流扰动对位相奇点光束波前位相分布的影响,发现位相分布的演化规律,以及位相奇点光束经过湍流传输后的螺旋谱特性。另外,本文也讨论波前位相分布与轨道角动量模态之间的对应关系。在研究位相奇点光束传输时主要基于的理论有:广义惠更斯-菲涅尔原理、惠更斯-菲涅尔衍射积分公式和Rytov近似理论。得到主要结论包括以下几个方面:1、基于广义惠更斯-菲涅尔原理,理论推导得到了线刃型位错光束在湍流大气和自由空间传输中的光强表达式和交叉谱密度函数解析表达式,用以研究了线刃型位错光束的光强演化特性以及线刃型位错的演化规律。从光束的光场分布和线刃型位错的斜率两个方面讨论了线刃型位错光束的传输特性。研究结果表明:通过控制光场分布和线刃型位错的斜率可以调控线刃型位错在空间传输中的演化行为。由于控制条件的不同,线刃型位错在传输的过程中将会稳定传输,消失或者演化为一个光涡旋。线刃型位错光束在湍流大气传输中的光强最终演化为类高斯分布,而在自由空间中传输光束光强分布中始终存在一条光强值为零的线,同样可以通过控制光束参数来调控光强演化为类高斯分布的快慢和光强值为零的这一条线的斜率变化。2、提出了一种新型的位相奇点光束——圆刃型-线刃型位错光束,研究了该光束在湍流大气和自由空间中的传输特性。根据广义惠更斯-菲涅尔原理,给出了该光束在空间传输中的交叉谱密度函数解析表达式。研究了圆刃型位错和线刃型位错空间相对位置分布不同时,这两种位错的空间演化特性以及圆刃型-线刃型位错光束的光强演化特性。研究结果表明:两种位错的空间相对位置不同将会改变它们在空间传输中的演化行为,但是对圆刃型-线刃型位错光束在传输过程中光强最终演化结果的影响可以忽略。因此,可以通过控制这两种位错的空间位置分布来调控它们的演化过程。3、研究了混合位错光束在湍流大气中的传输特性,本文研究的混合位错是由一个光涡旋和一个线刃型位错组成,给出了在源平面光涡旋位相分布的不同对混合位错演化的影响。混合位错在湍流大气中传输,由于光涡旋位相分布的不同,随着传输距离的增加,混合位错光束携带的光涡旋和线刃型位错演化为的一个与其拓扑荷相反的光涡旋发生湮灭,而线刃型位错演化为的另一个与其拓扑荷相同的光涡旋稳定传输,或者混合位错光束中的线刃型位错在传输过程中演化为的一对光涡旋发生湮灭,而光涡旋稳定传输。因此,通过改变光涡旋的位相分布可以调控光涡旋和线刃型位错在空间传输过程中的作用情况。4、基于惠更斯-菲涅尔衍射积分公式和Rytov近似理论,理论推导得到嵌套有位相奇点的椭圆高斯光束在湍流大气传输中轨道角动量模态探测概率的解析表达式。当光涡旋嵌套在椭圆高斯光束中:光涡旋的位相分布是线性变化时,光束携带有单一的轨道角动量模态;光涡旋的位相分布是非线性变化时,光束携带的是多个轨道角动量模态。当斜率为零的线刃型位错嵌套在椭圆高斯光束中,光束携带有两个轨道角动量模态+1和-1,且二者的探测概率相等。在湍流大气传输中,湍流的扰动破坏波前位相分布,引起螺旋谱弥散,产生串音。