海洋拥有的丰富资源能产生巨大经济效益,针对海洋探索技术和开发海洋资源利用已成为大多数国家的重大发展战略。随着海洋的逐渐开发,对水下通信的需求也与日俱增。相比于射频通信和声波通信,水下无线光通信具有高带宽、低延迟、低耗能、小体积等优势,在海洋探测、环境监测、资源开发等领域中具有独特的优势。本文首先介绍海水的固有光学性质,对海水主要成分的吸收和散射特性进行对比,此外针对常用的三种散射相函数进行比较分析。接着研究了主流的水下信道研究方法,最终选择蒙特卡洛法和水箱实验法来研究海水信道的传输特性。利用蒙特卡洛法对光子在水下的传输过程进行仿真,对功率、脉冲响应和功率分布等在内的信道传输特性进行计算,并着重分析海水类型、传输距离、发散角等参数对信道的影响。仿真结果表明长距离传输时脉冲响应受发射角影响微乎其微,时域宽度更稳定;在纯海水、清澈海水和沿海海水中,即使传输距离相差一倍,功率相似度仍然可达98%,功率分布大致吻合。基于海水衰减系数的差异性,当海水的吸收作用占据衰减主体时,根据功率相似度用短距离替换长距离来分析传输特性,而散射作用为主体时,利用面积比来分析长距离的水下传输特性。此外,对水下无线光传输系统进行设计,其中发射端光源选取520 nm激光,根据开关键控（On-Off-Keying,OOK）调制技术设计CH340G电路和乘法器电路以实现调制功能。接收端选用雪崩光电二极管作为光子探测器,利用相干解调法来设计有源滤波电路和电压比较电路以获得解调输出。对模块性能进行测试,结果表明发射端和接收端的电路模块处于正常工作状态,信息传输过程中没有出现误码。最后在室内进行水箱实验来获得水下无线光传输特性。对穿过自来水水质、不同浓度的海水晶、叶绿素和混合物水质的激光进行功率测量以及衰减系数计算,以此分析海水中主要成分的衰减作用,并根据光场分布和光束质量值分析各种水质的吸收和散射作用,结果表明混合物水质的散射作用最强,M~2值增加了7.5%。利用调制/解调模块顺利的在21 m自来水、6 m海水晶、12 m叶绿素和6 m混合物等不同水质信道中完成中英文文字传输,并且无误码、乱码和卡顿现象发生;在9m的自来水质信道完成视频传输,拍摄画面具有较高辨识度。