题目：光束轨道角动量的传输理论和通信应用研究

博士学位论文工作是在国家自然科学基金项目“漩涡激光束的大气遥感机理与探测方法（41140035）”和“基于毫米波轨道角动量的空间通信理论与方法研究（61101005）”以及博士研究生创新基金项目“光束轨道角动量的传输理论和通信应用研究”和“涡旋光束在非柯尔莫哥洛夫大气中的传输特性研究”的支持下进行的。论文围绕光束轨道角动量的传输和通信应用展开研究。具体研究了具有轨道角动量的光束在界面反射和折射的质心位移特性，椭球粒子对拉盖尔-高斯光束在轴入射下的散射特性，并提出具有轨道角动量光束在大气湍流中传输时的螺旋谱特性研究方法，针对采用轨道角动量的空间通信系统在大气湍流中传输时的信道容量进行了数值计算。主要创新之处有如下几点：

1.提出了涡旋光束在介质界面反射情况的完整泰勒级数展开研究方法，基于角谱理论和泰勒级数展开方法，得到了反射电场矢量的解析表达式，其优点在于同时适用于近轴入射和非近轴入射两种情形。

2.基于广义Mie散射理论，提出了椭球粒子在涡旋光束入射下的散射求解方法，以及提供了涡旋光束在椭球坐标系中展开的波束因子的计算方法，为研究非球形粒子对涡旋光束的散射特性奠定了研究基础。

3.提出了具有轨道角动量光束在大气湍流中传输时的螺旋谱特性的研究方法，研究大气参数和光束参数对光束的螺旋谱弥散的影响，结果表明，当拓扑荷越大、波长越长、湍流内尺度越小、外尺度越大、折射率结构常数越高时，光束受到的影响增大，螺旋谱弥散加重。

4.研究椭圆偏振涡旋光束在湍流大气中的强度和偏振特性，解决了基于矢量表示的椭圆偏振涡旋光束在大气湍流中传输时的光强分布特征和偏振度变化规律问题。

5.给出了基于轨道角动量的空间通信系统在大气湍流中进行斜程传输时的信道容量的计算方法，研究结果表明，天顶角、湍流内尺度、波长、结构常数、湍流外尺度对系统信道容量有不同程度的影响。

6.解决了涡旋波束在中等强度non-Kolmogorov湍流大气中的相位屏建模问题，研究基于轨道角动量空间通信系统在中等强度大气湍流中的通信质量，并提供了相应空间通信系统的误码率和信道容量的计算方法。