自由空间传输是指在光束传播路径上不放置任何光学元件且没有障碍物阻挡光波的传输。

激光是一种电磁波，波长范围覆盖较广，激光束的传输规律遵循麦克斯韦电磁方程组，在真空传输过程中激光束的振幅及位相的演化可由该方程组精确描述。由于激光束具有单色性、方向性好等特点，在通常情况下，从麦克斯韦方程组导出的近轴波动方程描述其传播规律更为简单和实用。

激光在大气中传输是激光自由空间传输的一个重要研究分支。激光大气传输效果的影响因素主要有大气分子和气溶胶粒子吸收和散射导致的光衰减效应；大气湍流引起激光波阵面的畸变，导致传播过程中出现光束光强起伏及光斑抖动等现象，并使激光的相干性变差。研究激光束在湍流大气中的传输行为及如何降低大气湍流对激光束传输过程中引起的负面影响，在环境监测、卫星遥感、自由空间相干光通信等应用中具有重要的研究意义和价值。

低能激光在大气环境传输的衰减效应和湍流效应是线性的。当激光束的能量足够大，加热空气足以使其密度发生改变时，大气介质的光学性质就随之改变，反过来又影响激光束的传播性质，引起一些非线性效应，如热晕效应，气体击穿效应以及受激拉曼散射等。与线性效应相比，热晕效应等非线性效应与大气介质和高能激光束本身特性的关系更为复杂。