星地光通信技术是未来通信领域的一个关键发展分支，其具有信息传输容量大、终端的重量和体积小、功耗较低、保密性好等优点。对于星地光通信所具有的潜力和优势，许多国家已经达成了共识，并且加大了对星地光通信技术的研究力度。当信息传输信道为湍流随机介质时，通信质量将会受到不可避免的影响，因此必须对其影响进行克服和补偿。本文首先介绍了湍流大气光传播学的理论基础知识，其中包括了湍流的形成原因、湍流随机介质的统计特性、湍流随机介质中光传播学的常用解析方法和数值模拟，以及几种大气湍流效应。为了清楚地了解湍流大气对光子捕获的影响，本文从Maxwell方程出发，利用扩展惠更斯-菲涅尔原理，建立了湍流随机介质影响下的高斯光束光子捕获模型。在此基础上推导出轴向捕获概率分布解析式。考虑了不同湍流强度、不同发射终端孔径、不同光源波长因素的影响，通过编程给出了高斯光束轴向光子捕获概率分布的数值解，并考虑大孔径边界条件，导出了拉盖尔-高斯光束的光子轴向捕获概率分布解析式并对其在不同条件下的结果进行数值求解。另外，本文设计了一套动态偏振补偿实验系统，进行了动态偏振补偿实验。文中介绍了各个组成模块的详细功能和具体的实验操作步骤，最后对实验成果进行了分析和讨论。论文结论发现湍流环境近场条件下光子轴向捕获概率分布会出现周期螺旋起伏式结构，给出了起伏幅度与湍流强度、光波波长以及发射终端孔径的关系；发现了远场条件下捕获概率达到最后一个峰值后会平稳下滑，并分析了影响下滑速度与最后一个峰值捕获概率出现时间的相关因素。在动态偏振补偿实验方面，通过对光学子系统与控制子系统的开发，完成了整个实验系统的设计和调试，实验结果证明：整套实验系统稳定、可靠，能够完成偏振跟踪与补偿的动态实现。