光的相干偏振特性是研究光束二阶性质的重要理论基础，相干偏振统一理论的建立更是加深了人们对光的本质属性的认知。另一方面，光束质量因子的建立考虑了光在时域和频域上的二阶性质，使得人们更为科学地评价光束质量。在大多数光学设备的工作环境中，激光束的传输介质在时间和空间上存在着折射率起伏，这些起伏会对光波时域和频域上的各阶性质造成影响，从而影响光学设备的工作性能，因而分析相干偏振性和光束质量的变化规律便成为实际应用中合理选择光束类型和有效利用各种光学参量以减小随机介质的干扰的重要理论依据。　　本文以光束的相干偏振性质和光束传输质量为主要研究对象，深入探究了交叉偏振度和二维光束传输质量因子在以大气湍流为代表的随机介质干扰下的变化规律，并分析了气动湍流干扰下的光程差变化特点，比较了不同光束性质和光束质量变化的差异，为提高光学设备在实际应用中的工作性能提供了理论基础。　　光束展宽是光束传输中最为基本的现象之一，而贝塞尔高斯光束(BGB)作为无衍射光束的重要近似形式，是近年来研究的热点之一，它在随机介质中的传输理论计算涉及到非初等函数积分因而无法推导解析结果，本文利用自适应辛普森数值积分研究了其在非柯湍流模型下光强随传输距离的变化特性，所得结果证实了高阶BGB光束随幂律及传输距离的展宽小于低阶光束，揭示了BGB光束在大气激光探测及激光通讯方面的应用潜力。　　光束质量因子评价参数联系了光场在时域和频域上的分布特征，有助于全面地分析光束特点，而海洋湍流是新近被人们关注的随机介质，基于新近建立的海洋湍流折射率功率谱模型，分析了厄米高斯光束(HGB)在海水中的光强随盐度和温度波动的变化，发现该类型的光束在受湍流干扰时光强分布存在从高模向低模退化的特征。进一步结合光束相干性理论以及魏格纳分布函数，分析了部分相干厄米高斯光束在海洋湍流中光束质量变化与相干长度及光束宽度的关系，并使用光束质量因子旋转矩阵分析了二维光束在接收面上质量因子轨迹图的演化。最后，以厄米高斯混合模光束来描述二极管激光出射光束波形，用矩阵传输公式计算了二极管光束在接收面上二阶项矩阵的分布形式，以此为基础得到光束质量的变化。　　光束相干偏振统一理论以及广义斯托克斯参量是深入研究光场统计特性的重要基础。以此为工具，研究了准均匀光束经柯莫哥洛夫、非柯莫哥洛夫大气湍流以及海洋湍流干扰后的偏振态和偏振度的变化。以矩阵形式表示各向异性光源的光场分布，深入地研究了交叉偏振度在修正非柯氏湍流模型所描述的大气湍流中传输时分布形态的演变，并发现交叉偏振度的分布形态与光源的参数无关而只取决于湍流参数。为确定偏振参量在空间材质识别中所具有的抗长程大气湍流干扰的能力，利用实验采集了两种不同材质的光强双向反射分布函数与偏振度双向反射分布函数的数据，利用相干偏振统一理论分析了经过长程大气湍流干扰后偏振度的变化情况，通过分析两种材质的光强变化曲线与偏振度变化曲线得出了利用偏振度作为空间探测图像的识别参量将会显著提高图像对比度的结论，从而验证了利用偏振检测来提高大气湍流影响下目标识别率的可行性。　　气动湍流有别于大气湍流，涡旋的折射率分布不可用统计理论描述，对其研究采用不同的研究方法，首先根据先前研究者利用风洞实验得到的经验公式，模拟了假定的湍流边界层光程差与入射流速度、密度变化之间的关联，而后利用流体力学计算软件，得出平板湍流的空间密度分布数据，并以此为基础，分析了光学相位畸变曲线，从而得出在亚音速-超音速的转化区间内光学性质的变化规律，所研究的结论有助于高速飞行器光学发射和接收设备的设计与改进。