随着深海探测技术的不断发展,人类能够获取的海洋信息与日俱增,这对无线通信设备的传输能力提出了新的要求。由于无线电波在海水中衰减严重,传统的微波通信方式不能适应水下环境,当前的深海无线通信主要以水声传输为主。受声波带宽、多路径效应、水下声学噪声的限制,这种方式面临传输速率低的局限性,致使深海无线通信在大容量数据传输方面存在速率瓶颈难题。另一方面,工作波长位于450nm⁵50nm波段的水下无线光通信具有传输带宽高、重量轻、功耗低、体积小、机动性强等诸多优点,在水下近距离数据传输方面具有潜在应用前景。基于此,本文面向深海应用开展水下双向无线光通信研究。主要完成了以下研究工作:一、系统分析了深海双向无线光通信工作环境特征和主要光学现象,并基于Monte Carlo方法理论研究了深海双向无线光通信传输信道。在此基础上提出了基于“大角度发射-宽视场接收”体制的双向无线光通信总体技术方案。二、围绕高功率大角度信号发射问题,首先以蓝光LED阵列为光源提出了一种基于并联电流驱动架构的高速大功率信号调制技术,并采用LED阵列二次配光方法,提出了一种大出射角发射技术。然后基于上述方法研制原理样机并开展水池实验,实现了调制速率25Mbps、发射光功率0.76W、水中出射角度150°、辐射强度均匀度约90.08%、功耗小于13W的技术指标。与同类型水下无线光通信发射机相比,通信速率提升了5Mbps,出射角增加了30°,并且辐射强度均匀性得到了明显的改善。三、围绕高灵敏度宽视场信号接收问题,首先基于大面积PMT探测器提出了大视场高灵敏度接收技术方案,并在此基础上研制了水下无线光通信接收样机,接收灵敏度nW量级、水中视场角约60°、可支持通信速率25Mbps。四、围绕“大角度发射-宽视场接收”技术体制,基于本文所研制的通信样机,在衰减系数约0.41m^-1@532nm的大型水池中搭建无线光通信测试系统,在功耗不超过10W的情况下,实现了最远传输距离9.6m,最大传输速率25Mbps。并且不借助ATP系统在港口水域进行了外场测试,在通信距离20m的情况下实现了20Mbps的链路传输,验证了该技术体制在近距离无线数据传输中的可行性。五、基于Monte Carlo方法,系统地研究了后向散射噪声对双向无线光通信的影响,并针对这种链路干扰问题提出了一种基于收发分离结构和半双工模式的抑制方法。采用该方法基于TCP/IP协议研制了控制电路,在实验室模拟环境中验证了方法的可行性,实现了通信链路12.5Mbps的双向无误码传输,完成了网络视频业务演示。