随着海洋资源的开发与利用日渐成为人们所关注的领域,进行海洋环境监测来保证相关核心利益的安全成为了海洋安全领域的一项重要课题。水下湍流场探测是海洋环境监测中的重要部分,水体中的温度分布、盐度分布和流速场分布均会形成强度分布各异的湍流场,而各类水下航行物均会对湍流场的分布产生不同的影响。对海洋湍流场强度分布的测量,可以实现海洋环境特定目标的监测。本文在传统平面波马赫-曾德尔干涉仪测量海洋湍流折射率结构函数方法的基础上,采用高斯-谢尔模涡旋光束作为测量光束,从光束在不同强度的海洋湍流场中的传输特性、双光束的干涉特性、湍流场探测方法验证和非均匀湍流场测量四个方面展开,进行基于双高斯-谢尔模涡旋光束干涉方法的水下湍流场探测研究。为了获得更大的湍流场强度测量范围,本文选取±1阶高斯-谢尔模涡旋光作为测量光束,利用交叉谱密度方法讨论单光束在均匀湍流场中的传输特性,获得单光束光强分布与湍流场各参量之间的联系,并通过实验验证其光强分布与湍流场强度的关系,进而验证交叉谱密度方法的正确性。根据复相干度方法反演高斯-谢尔模涡旋光的相位,获得不同强度均匀湍流场下双光束干涉强度分布与湍流场各参量之间的联系。考虑到中强湍流下光束随机偏折产生的双光束离轴效应,仿真讨论中强湍流对双光束测量系统的性能的影响。针对需要测量的非均匀湍流场,利用研究均匀湍流场的方法得到双光束干涉光场与非均匀湍流场之间的关系。通过单一热源构建的温度诱致水下非均匀湍流场双光束干涉测量实验,讨论复相干度方法的正确性,验证双高斯-谢尔模涡旋光束干涉方法测量非均匀湍流场的可行性。利用获得的双光束干涉光强数据,本文构建简化模型分析了水下单一热源构建的温度诱致非均匀湍流场折射率波动的空间相关性,初步进行水下非均匀湍流理论和实验研究。