采用功率谱反演法模拟了同轴叠加产生的双拉盖尔-高斯涡旋光束（Double Laguerre-Gaussian Vortex Beam，DLGVB）在海洋湍流中传输时的光强和相位分布，仿真分析了DLGVB光束在不同海洋湍流参数下的闪烁指数以及在基于开关键控调制的水下光通信系统中的通信误码率。结果表明，随着湍流动能耗散率的减小，盐度温度波动平衡参数、温度方差耗散率及传输距离的增加，闪烁指数逐渐增加；随着湍流动能耗散率以及拓扑电荷差值的增加，误码率减小。在海洋湍流环境下，使用DLGVB光束进行传输可以抑制海洋湍流带来的干扰，选择最佳的拓扑电荷差值，可以有效提高传输通信质量及通信系统容量。本文研究结果对涡旋光束及其叠加态在海洋湍流下传输特性研究及水下光通信系统持续扩容的发展需求方面具有重要的参考价值。

光束在海洋介质中传输会极大地受到海洋湍流的影响。此外，涡旋光束轨道角动量的复用会极大地提高系统容量，因此研究涡旋光束在海洋湍流中的传输具有重要意义。在水平海洋湍流理论基础上，创新性地构建了斜程路径上海洋湍流相位屏模型，以相位结构函数为依据验证了海洋湍流相位屏的准确性，根据多相位屏法搭建准直高斯涡旋光束在海洋湍流中的上行传输链路模型。数值模拟并分析了不同天顶角、海洋湍流内外尺度及拓扑荷数等其他海洋湍流参数对准直高斯涡旋光束经海洋湍流上行传输的光强及相位分布、光束漂移、轴上闪烁指数和长曝光光斑半径的影响。结果表明：涡旋光束的拓扑荷数越小、天顶角越小，光束受到湍流的影响越大；在海洋湍流上行传输链路中，准直高斯涡旋光束的光束漂移、轴上闪烁指数及长曝光光斑半径随海洋湍流外尺度的增大而增大，且主要受传输距离的影响；理想情况下，取海洋湍流外尺度为无穷大，会高估湍流对光束的影响；由于涡旋光束的本身特性，拓扑荷数对光强及相位分布和长曝光光斑半径的影响也较为显著。

水下无线光通信系统易受由折射率波动起伏引起的海洋湍流的影响，造成光强闪烁、光束漂移、光束扩展和波前畸变等效应，从而使光信号产生衰落，导致通信质量降低及通信性能恶化。利用扩展的惠更斯-菲涅耳原理和渐近Rytov理论分别导出有限尺寸探测器的平均接收光功率和辐照度通量方差，研究了Gamma-Gamma湍流信道模型下双头脉冲间隔调制的高斯光束在各向异性海洋湍流中的误包率性能。分析了在不同的各向异性海洋湍流下，海洋湍流参数（温度方差耗散率、湍流动能耗散率、温度与盐度波动对功率谱贡献大小的比值）、比特分辨率、比特传输速率、光电探测器的响应度以及链路距离对误包率的影响，为降低双头脉冲间隔调制下高斯光束的误包率性能提供了理论依据。

由于海水的吸收、散射衰减以及海洋湍流效应会引起水下无线光通信（Underwater wireless optical communication，UWOC）系统接收端光信号的闪烁，导致UWOC系统传输性能下降。基于Gamma-gamma分布的海洋湍流信道模型，根据海洋湍流参数和各向异性因子表示的等效结构参数，推导出波长分集UWOC系统中断概率（Outage probability，OP）与平均误码率（Bit error rate，BER）封闭表达式。研究分析随着各向异性因子的增加，具有不同波长分集阶的水下无线光通信系统中断概率与平均误码率的变化，比较接收端使用最佳组合（Optimal combining，OC）与等增益组合（Equal gain combining，EGC）技术的水下无线光通信系统平均误码率，并仿真不同海洋湍流参数、传输距离对波长分集UWOC系统性能的影响。数值结果表明，随着各向异性因子的增加，海洋湍流对水下无线光通信系统产生的影响逐渐减弱，使用波长分集技术的UWOC系统比无波长分集技术的UWOC系统中断概率与平均误码率明显改善。