随着科学技术的不断进步,人们在经典理论方面的研究越来越透彻,将各种理论进行实际应用的范围也越来越广泛。但随着进一步深入的研究发现,经典理论的研究与应用进行到一定程度后,也会遇到一些瓶颈问题。为了打破这一桎梏,一些前沿工作者提出将量子理论与当代的科学技术相结合,形成了量子信息技术这一新兴学科。光量子具有传播速度快、储存容量大等优点,因此具有广阔的应用前景。量子关联成像、量子通信、量子雷达、量子探测等均在其所在领域展示出了一定的优越性。轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)作为量子的一个重要参数,一直是大家研究的热点。目前轨道角动量的产生方法已经较为成熟,可以实现批量化生产并投入使用,但是关于OAM的检测目前还没有一种较为方便实用的方法,另外在实际应用过程中,光束需要在大气空间进行传输,那么OAM光束在自由大气中传输时湍流效应对其产生的影响,也是亟待解决的问题。本文主要研究轨道角动量的检测及其在大气中传输特性的相关问题。基于干涉理论和孔径衍射理论编程模拟研究了不同干涉条件以及不同孔径形状、孔径尺寸下的轨道角动量变化规律,根据其经过干涉衍射片后形成的特异性干涉衍射图像的变化规律来实现轨道角动量的测量。为了研究涡旋光束的传输特性,采用功率谱反演法和次谐波低频补偿理论构建随机相位屏对涡旋光轨道角动量进行模拟仿真,研究了携带单一态轨道角动量光束在不同的湍流强度及传输距离条件下的光强及相位分布变化、拓扑荷值的螺旋谱分布等传输特性。并搭建实验台,采用腐蚀的玻璃片近似模拟大气中介质的湍流作用,验证了大气湍流对轨道角动量传输的影响。由于轨道角动量具有正交性,可以实现拓扑荷的叠加,叠加态的涡旋光束不仅可以具有更加丰富的光强及相位信息,更有利于远距离传输,因此,本文模拟分析了各种拓扑荷值组合下的叠加特性,并对叠加态光束在大气中的传输问题进行了模拟研究,为后续量子探测技术投入应用提供相关的理论基础。