轨道角动量（orbital angular momentum,OAM）,作为经典力学和量子力学中的基本物理量,是信息通信复用技术的一种新自由度,其拓扑荷取值可以从负无穷至正无穷,且不同OAM态间满足正交性。无衍射高斯贝塞尔光束是一种重要的OAM态模式。论文研究高斯贝塞尔OAM态的特性及其应用,具有重要的理论意义和一定的应用价值。论文主要工作如下。首先,针对单拓扑荷下基于OAM态编码通信系统中单个OAM态仅能编码一个比特信息,论文提出了基于高斯贝塞尔OAM态的线性叠加态的通信编解码方案。该方案中,叠加态包含M个拓扑荷为不同l值的高斯贝塞尔OAM态,它的一次编码能够编码2^M个比特,将一次编码所能携带的信息提升了M倍,其中每个拓扑荷l能携带log₂M的比特信息。数值仿真结果表明,与M个单高斯贝塞尔OAM态的通信编解码方案相比,同等条件下,通信系统传输率被大大地提高。其次,考虑到高斯贝塞尔OAM态的无衍射特性和自愈特性,能够有效地克服水下湍流对高斯贝塞尔OAM态传输的干扰影响,论文给出高斯贝塞尔OAM态在水下环境中传输时的无衍射、自愈特性的实验研究。在实验中,通过装有纯净水的水槽模拟水下环境,通过在水槽中溶解不同量食盐表征不同的盐度,通过加热器加热改变水体的温度。实验分析了不同温度和盐度下高斯贝塞尔OAM态的无衍射特性,同时在光束传输路径中设置条形块表示障碍物,进一步实验分析不同温度和盐度下高斯贝塞尔OAM态的自愈特性。研究结果表明,与同等条件下的拉盖尔高斯OAM态相比,高斯贝塞尔OAM态具有更好的抗水下湍流干扰能力,且在障碍物尺度较小时,高斯贝塞尔OAM态具有自愈能力。