设计了一种热光伏电池单光谱辐射能-电能转换特性的测试系统。通过带通型滤波片和直漏斗二次聚光器实现了氙灯与电池间单光谱、能流密度可调的定向辐射传输。基于蒙特卡罗射线追迹法，构建了氙灯-热光伏测试系统的光谱辐射传输模型，分析了电池表面辐射能流的分布特征，讨论了二次聚光器开口尺寸和高度的影响规律，并从理论上计算了GaSb电池在单光谱、高能流辐射下的电流-电压曲线、输出功率和热电转换效率。结果表明，直漏斗二次聚光器的引入有效提高了热光伏电池的热电转换性能，电池表面辐射能量提高了105.3%，且均匀度高达95%，电池的输出功率提高了109.1%。

以太阳能多孔吸热器等热利用系统为研究背景, 针对多孔层表面的红外测温问题, 基于反向蒙特卡罗法建立了三维非等温各向异性散射多孔层的红外测温模型, 讨论了散射类型、多孔层厚度、基材发射率、孔隙率、孔径等物理性质和结构参数对红外测温误差的影响, 提出了一种多孔层表面温度的反向计算方法。结果表明, 将红外温度的实验测量值视作多孔表面温度会导致一定误差; 后向散射可削弱高温背景辐射, 从而减小探测温度较高时的误差, 但增大了探测温度较低时的误差; 高孔隙率(大于0.93)会造成测温误差迅速增大; 测温误差小于2%时的参数范围如下：多孔层厚度为14~27 mm, 基材发射率为0.33~0.81, 孔隙率为0.86~0.93, 孔径为1.5~2.8 mm。

实验测量了不同厚度的泡沫镍在0.4~2.2 μm波长的法向-半球反射率/透射率，采用蒙特卡罗法对泡沫镍的计算机断层扫描结构进行孔隙尺度辐射传输建模，对比研究了泡沫镍辐射特性随入射光谱和样品厚度的变化，计算得到了泡沫镍辐射特性的孔隙尺度分布特征。结果表明：所建立的泡沫镍孔隙尺度辐射传输模型在计算其光谱辐射特性方面具有正确性。波长增长，吸收率逐渐降低，反射率逐渐升高；样品厚度增加，吸收率逐渐升高并趋于稳定，透射率逐渐降低至0。孔隙尺度辐射特性分布强烈依赖于局部纹理结构，波长1.5 μm时，泡沫孔隙中的平均吸收率是肋筋上的1.5倍，而肋筋上的平均反射率则达到孔隙中平均反射率的3.7倍。

利用计算机断层扫描技术获取了泡沫镍的重建结构，将蒙特卡罗法与八叉树算法结合进行泡沫镍孔尺度辐射传递建模，分析了八叉树算法对辐射传递计算的加速作用。结果表明，采用八叉树算法的辐射特性计算值与未采用时相比，最大相对误差小于1‰。在最优空间深度范围内，空间深度越大和模型面元越多，计算的加速效果越明显。

建立了单块样品和两块叠加样品的透射比计算模型, 并提出了一种基于两块相同厚度样品叠加后的透射光谱反演其光学常数的新方法。 通过Bruke V70傅里叶光谱仪测试了不同厚度单块硒化锌样品以及两块硒化锌样品叠加的1.33～21 μm范围的透射光谱, 结合实验透射光谱利用光学常数反演方法, 计算得到了硒化锌样品的光学常数。 部分反演结果与文献中数据进行比较, 验证了反演方法的可靠性。

对具有一维高斯分布粗糙表面的半透明介质层光谱散射，基于微面斜率法建立了考虑遮蔽效应的粗糙表面光谱辐射传递概率模型，采用蒙特卡罗法模拟光谱辐射能束在粗糙表面、半透明介质层介质与镜反射基底之间的多次反射、折射和吸收等传递过程。通过数值模拟，分析了介质层表面粗糙度、光谱光学厚度、折射率和基底反射率对介质层双向反射分布函数(BRDF)的影响。结果表明，表面粗糙程度不同时，反射峰值随入射角度呈现不同的变化趋势；表面粗糙度增加或折射率增大都将导致漫反射份额增大；介质层光谱光学厚度和基底反射率主要影响BRDF的数值大小，而对BRDF的分布形态影响很小。

将具有蜂窝内壁结构的遮光罩内的杂散光传播分解为蜂窝结构的散射、内壁等效面传播两个层次的行为。通过建立蜂窝结构的等效面各向异性反射模型，采用蒙特卡罗法模拟获得内壁等效面的双向反射分布函数(BRDF)。以此为基础，再次采用蒙特卡罗法模拟遮光罩内壁等效面的杂散光传播过程，分析了该类遮光罩的杂散光抑制特性，并讨论了蜂窝高度和涂层反射率的影响。结果表明，遮光罩内壁蜂窝结构有很好的杂散光抑制作用；蜂窝高度与边长之比δ≥1时，遮光罩的抑制能力不再变化，降低涂层反射率能够有效地增强抑制效果。

内壁蜂窝结构是决定遮光罩杂散光抑制性能的主要因素，掌握其各向异性辐射传输特性对遮光罩的杂散光分析和优化设计具有重要意义.针对蜂窝结构单元，建立辐射传输模型，导出了表面双向反射分布函数的离散表达式；通过蒙特卡罗法模拟蜂窝结构单元的辐射传输过程，分析了几何参量和涂层反射率对等效面反射特性的影响；根据模拟所得双向反射分布函数数据库，建立了用于遮光罩杂散光分析的蜂窝结构等效面的反射特性概率模型.分析结果表明，蜂窝结构对杂散光呈现很强的后向散射特征，等效面的反射特性概率模型与直接模拟结果符合很好，可用于遮光罩杂散光分析和设计.

为提高光纤传感系统的复用能力，常将多个谱型重叠的传感器串联，由此引发的串扰效应会导致测量误差的产生，从而需要对串扰效应进行深入分析。将蒙特卡罗法引入到由多个谱型重叠传感器串联组成系统的研究中，该方法能考虑到光谱阴影、任意阶多次反射的串扰效应，计算出系统总反射率谱等信息。为验证方法的可靠性，使用蒙特卡罗法对由两个谱型重叠的传感器串联所组成系统的总反射率谱进行了仿真，并与其数学解析解比较，结果显示两者吻合度高，在选择光线数为5×106时，计算误差量级在10-3左右，证实了该方法的准确性。在此基础上，采用蒙特卡罗法对无解析解的多个传感器串联所组成系统的总反射率谱进行了仿真计算。