随着社会的发展,人类对光信息传输的容量、速率、保密性以及精确度提出了更高的需求。理论上,轨道角动量具有携带无限维自由度而极大提高通信系统信道容量的潜力与前景,而在自由光通信领域,湍流介质会对光束携带的轨道角动量的传输造成影响所以深入研究湍流介质影响轨道角动量模传输规律就显得及其重要,特别是湍流对无衍射光束所携带的轨道角动量模传输的影响成为研究热点。但是,现有研究忽略了光束边缘的衍射效应,研究结果必然与实际情况存在一定的偏差。本文的主要目的是研究光束边缘衍射对轨道角动量模式传输的影响。考虑到不同的流体、不同的地理环境,所对应的湍流存在规律不同,仅从以下两个方面研究光束边缘的衍射对轨道角动量模传输的影响:一、海气湍流对贝塞尔高斯涡旋光束携带轨道角动量模式传输的影响考虑到光束边缘的衍射效应会影响由涡旋光束承载的轨道角动量模式的传输,应用带宽受限的轨道角动量正交涡旋基,研究了贝塞尔高斯光束在弱柯尔莫哥洛夫湍流和弱到强非柯尔莫哥洛夫海气湍流中的轨道模式的串扰规律,并建立了相应理论模型。研究得出:(1)采用带宽受限概率模型所得出的光学轨道模间串扰概率要大于螺旋平面模型计算的串扰概率的结论;带宽受限的光学轨道模式的串扰概率随着湍流内尺度的增大而减小,但随着湍流外尺度的增大而增大。(2)贝塞尔高斯光束携带的轨道角动量模的串扰能量主要扩散到最近的能量状态。(3)小的湍流非柯尔莫哥洛夫指数,小的湍流内尺度,将产生大的轨道角动量模间串扰。(4)在湍流大气中,通过选用小值初始发射半径光束、低值轨道角动量量子数和长的光波长,达到改善轨道角动量模传输质量。二、各向异性海洋湍流对部分相干修正贝塞尔相关涡旋光束所携带轨道角动量模传输的影响研究了各向异性湍流对空间部分相干修正贝塞尔相关型高斯光束在海洋湍流中携带轨道角动量模的影响。建立了近轴链路中带宽受限光学轨道角动量模的接收功率模型。研究得出:(1)在盐度强起伏区,小尺度湍涡是影响带宽限制轨道角动量模传输的重要因素。(2)选择小的轨道角动量量子数,可以更有效地传输信号的光学轨道角动量,并且可以通过选择具有大量子数差的光学轨道角动量模,可以实现多通道通信。