携带轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)的光束也被称为涡旋光束(VortexBeam),该光束具有特殊的波前相位结构-即螺旋相位结构,在传输过程中光束的横截面存在相位奇点,呈现出黑色中空的光斑。OAM光束携带螺旋相位因子exp(ilφ),其中l为拓扑荷,理论上取不同整数l的OAM光束之间具有正交性,在空间中构成了无穷维度的希尔伯特空间。在不提高频谱带宽的前提下,将信息加载到OA]M光束上进行调制,复用和组播不仅可以极大地提高系统的传输容量,还可以进行光路由和交换。近年来,基于OAM的光束已经在自由空间光通信(Free Space Optical,FSO)领域被广泛关注和深入研究。本文基于涡旋“冰冻光束(FrozenWaves,FW)”,提出了一种新的纵向轨道角动量复用(Longitudinal Orbital Angular Momentum Multiplexing,LOAMM)系统,建立了系统在湍流下的传输模型,分析了系统在湍流中的传输特性,计算了系统的信息容量和安全容量。本文主要完成内容和创新点如下:(1)利用“冰冻光束”在传输过程中对携带的OAM模式可控的性质提出了 LOAMM系统。(2)利用功率谱反演法构建了基于蒙特卡洛相位屏的大气湍流信道模型,并利用分步傅里变换构建了 LOAMM系统通过大气湍流信道的模型。(3)利用模式归类对经过大气湍流的LOAMM系统受到的模式串扰进行分析,通过数值仿真验证了在不同湍流强度下,传输距离,发射和接收孔径,OAM模式以及FWs叠加的波数对归一化概率谱的影响。(4)为了验证数值仿真结果的准确性,基于Rytov拟合方法推导出了 LOAMM系统在弱微扰的条件下通过大气湍流的信道模型,通过解析解得到归一化概率谱,并与数值仿真结果进行对比。通过对比验证说明数值仿真的结果具有可信性。(5)基于得到的归一化概率谱,分析了 LOAMM系统的信道容量与安全容量,并在相同条件下与基于Bessel光束的传统的轨道角动量空分复用系统(Orbital Angular Momentum Space Division Multiplexing,OAM-SDM)进行了对比。通过对比可以看出LO MM在大气湍流信道下避免了相邻OAM模式之间的串扰,提高了系统的信道容量与安全容量。