近年来,对具有轨道角动量的光束研究是光通信领域的一大热点,此种光束含有相位因子exp(ilθ)。本文论述了不同大气湍流条件下,光子轨道角动量探测概率受低阶大气湍流像差的影响情况,文章在已经很成熟的光束轨道角动量编码理论的基础上,提出了一种应用单光子轨道角动量态进行编码的光通信方案。从调制子系统、解调子系统等方面阐述了其基本原理、组成结构及关键技术。本文主要工作包括：1.调制子系统的设计及其实现。对具有轨道角动量光束的产生原理及其特性进行了详细的分析,选择了计算机生成相位全息图来实现它,并对具有轨道角动量的单光子产生原理进行了简要说明。2.解调子系统的设计及其实现。包括高灵敏度的光电探测器件的选择,光束旋转器对光信号的处理部分,还对一些辅助器件略作了介绍。3.该通信系统的工作原理。从单光子轨道角动量态的产生到应用于通信编码,主要给出了公式推导,最后还对此系统的安全性和优点进行了简要说明。理论分析表明,与利用偏振态编码相比,此系统能够提高通信容量,并能提高信息密度。因此,对多组正交的单光子轨道角动量态编码的推广,是很有意义的,它可极大的提高码元生成效率,改善信息的传输速率。最后对全文提出的理论进行了总结,指出了在今后研究工作中有待于完善的问题。