大气激光通信是以大气作为传输介质、激光束作为载波信号的通信,与其它传统的通信方式相比,它具有通信容量大、数据传输速率快、体积质量小、保密性好、带宽大、抗电磁干扰能力强、功率损耗低等优点。这些优点使得大气激光通信技术在航空航天、军事通信、深空通信、卫星通信、保密通信等领域有着广阔的应用远景,是当前通信领域的热门研究之一。但是,当激光在大气介质中传输时,由于大气中湍流的存在,会使光束产生波前相位畸变和振幅起伏,引起光强闪烁、到达角起伏、光束漂移、光束扩展和光束空间相干性降低等湍流效应。这些负面效应严重影响传输光束的质量,增加通信系统的误码率,降低通信系统的性能。携带轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)的激光束为涡旋光束,它的形态由其拓扑荷数决定,而具有不同拓扑荷数的激光束是相互正交的,可以进行复用,从而节约频带资源。由于本征值的数量理论上可以达到无穷,电磁涡旋无线传输技术理论上可提供无穷的信道数。因此,可以极大的提升通信系统的传输容量,这使得涡旋光束的研究备受关注。本文对大气激光通信链路做了详细的研究,并对国内外研究现状做了总结。针对几种不同类型的涡旋光束,在大气中传输时,由于湍流引起的光束漂移做了较为深入的研究。本论文的主要研究内容如下:第一,首先确定激光在大气中传输时的湍流模型-Kolmogorov湍流模型,并对该湍流模型进行统计描述。该模型假设小尺度湍流的结构是统计均匀和各向同性的,并且独立于大尺度湍流。其次,根据Born近似理论和Rytov近似理论,描述激光束在随机介质中的传输理论。第二,阐述光场的轨道角动量与涡旋光束的物理基础,以及涡旋光束的产生方法和检测方法。基于携带OAM的涡旋光束的大气激光通信系统,不仅可以提高通信系统的数据传输容量和频谱利用率,还可以提高通信系统的安全性。第三,本论文重点研究电磁高斯-谢尔模型(Electromagnetic Gaussian-Schell Model,EGSM)涡旋光束、部分相干拉盖尔-高斯谢尔模型(Laguerre-Gaussian Shell Model,LGSM)涡旋光束在大气湍流中传输时,由于湍流的存在所引起的光束漂移。通过大量的公式推导、数值模拟仿真,详细研究拓扑荷数、相干长度、波长、束宽、偏振度等重要参数对光束漂移的影响。研究表明,涡旋光束的拓扑荷数越大,相干长度越小,波长越小,束宽越大,偏振度越大,湍流强度越弱,光束漂移就越小。