相干结构（关联）是光场调控的一个重要自由度,通过光束相干结构调控,光束可具备一些奇特的传输特性,例如:自聚焦、自偏移、自整形、自分裂、自愈合等。由于相干结构调控可以引发这些奇特的传输特性,因此相干结构调控在大气激光通信、微粒操控、粒子俘获、光学成像、材料处理等领域具有重要的应用价值。本论文主要研究相干结构调控在大气激光通信中的应用。基于广义惠更斯-菲涅尔原理,研究激光束在自由空间和湍流大气中的传输特性,并且通过光场相干结构调控方法,实现降低大气湍流对激光束引起的负面效应,如:光束质量下降、光束漂移、光强闪烁等。首先,介绍标（矢）量部分相干光束的表征方式;介绍激光束在自由空间和湍流大气中的传输基本理论和各种大气湍流谱模型;介绍大气湍流引起的光束质量下降、光束漂移、光强闪烁等负面效应。其次,对本论文主要研究对象（特殊空间结构部分相干光束）的模型进行介绍,主要分为两类:一类是均匀关联部分相干光束,包括厄米-高斯关联谢尔模光束、光学相干阵列光束和光学相干阵列涡旋光束;另一类是非均匀关联光束,包括厄米非均匀关联光束、矩形对称厄米非均匀关联光束、径向偏振厄米非均匀关联光束和非均匀拉盖尔-高斯关联光束。然后,研究这两类特殊空间结构部分相干光束在自由空间中的传输特性,观察其光强分布和相干结构的演化,并且研究这两类光束在湍流大气中的传输特性,分析大气湍流对激光束产生的负面效应,分别讨论这两类光束在湍流大气中的传输因子、光束漂移和光强闪烁因子的变化规律,分析讨论特殊空间结构部分相干光束在降低光束传输因子、光束漂移和光强闪烁因子等负面湍流效应上的抗湍流能力。此外,本论文还介绍了产生特殊空间结构部分相干光束的实验装置和光束经过大气湍流（热湍流）之后的传输特性测量装置,通过实验测量记录光束通过湍流大气后的光斑抖动情况,统计分析在湍流大气环境下,厄米-高斯关联谢尔模光束的光束漂移、部分相干径向偏振涡旋光束的光强闪烁因子和涡旋光束的后向散射增强效应。还介绍了如何通过随机相位屏程序模拟大气湍流,以及光束在湍流大气中的传输行为。利用随机相位屏程序分析研究了部分相干径向偏振涡旋光束和光学相干阵列涡旋光束在湍流大气中的光强闪烁,研究了涡旋光束在湍流大气中的后向散射增强效应。实验测量结果和随机相位屏程序模拟结果一致,从而也证实了通过随机相位屏程序模拟光束大气传输的可行性。最后,探索了特殊空间结构部分相干光束在图像信息加载和传输上的应用。理论和实验上研究了携带图像信息的部分相干光束通过自由空间、随机相位屏、牛奶介质和湍流大气之后图像质量的变化,提出提高成像质量的办法。