自由空间光通信系统因其具有的传输数据率高、保密性好、设备轻便移动性强等特点而成为近些年来的研究热点。将偏振光应用于自由空间光通信系统可以降低背景光噪声，提高信噪比；利用正交偏振光可以实现偏振复用，提高通信数据率。所以利用偏振信息可以通过实现偏振滤波和偏振复用等方式提高系统性能。但激光在大气链路中传输时，大气散射和大气湍流等作用会对其偏振特性产生影响。所以研究大气环境对信标光或信号光的偏振特性的影响对提高应用偏振信息的自由空间光通信乃至卫星-地面光通信系统的通信性能有重大意义。研究表明，大气层对卫星光通信的影响等效于约近地10km水平大气链路时的情况，所以本文针对水平大气信道对链路中信号光或信标光的偏振影响进行了深入的研究。分别进行了大气散射和大气湍流作用各自对激光线偏振特性影响的仿真研究，并进行了水平大气链路的外场实验。本论文所做的主要工作包括：首先，建立基于Mie散射理论的大气水分子团和气溶胶粒子对线偏振特性影响的Monte Carlo仿真方法，该方法可根据散射元的折射率和尺度参数实时更新H-G相位函数中的非对称因子g。基于此方法讨论了接收平面不同位置处的偏振度P分布情况，及不同接收孔径对接收到的偏振度的影响。其次，建立基于球泡模型和几何光学的大气湍流对线偏振特性影响的Monte Carlo仿真方法，并提出了参数选取的依据。基于此方法分析了大气折射率结构参数Cn~2与大气折射率起伏标准差Δn之间的关系，以及水平大气链路通信距离L和大气折射率结构参数Cn~2对线偏振特性的影响。最后，进行了距离为11.16km的水平链路外场实验。测量了实验条件下的大气折射率结构参数Cn~2，并分别测量了瞬态偏振度P和利用1/2波片在不同检偏角度下的统计功率。本文的研究工作将为光的偏振信息广泛应用于地面-地面乃至卫星-地面光通信系统的工程化奠定基础，进而具有对水平大气链路自由光通信系统性能设计及优化的借鉴意义。