基于回转椭球模型和有限长圆柱模型, 采用T矩阵方法研究了非球形生物气溶胶的单次散射特性, 计算了鼠疫耶尔森氏杆菌、土拉热杆菌二种生物气溶胶对氦氖激光的单次相矩阵、单次散射反照率以及不对称因子。根据矢量辐射传输理论, 研究了激光在生物气溶胶中传输的偏振散射特性, 基于累加-倍加法(adding-doubling method)求解矢量辐射传输方程, 并计算了非球形生物气溶胶对激光多次散射的斯托克斯参量。计算结果表明, 生物气溶胶的尺寸和形状对光的极化更为敏感, 因此在利用激光进行生物气溶胶微观特性探测和反演时, 利用激光的偏振散射特性为非常有效的方法。

计算沙尘暴对电磁波的衰减特性,以及利用卫星反射率遥感反演沙尘暴的光学厚度时,通常假设沙尘粒子为球形,但实验室和现场测量结果都表明,自然界中的沙尘粒子为非球形,因此利用球形粒子模型模拟沙尘暴对激光的散射和衰减特性将带来较大误差。利用具有一定尺寸分布、形状分布、随机取向的椭球粒子模型模拟自然界中的沙尘粒子,利用T矩阵方法计算了其单次散射特性,并与球形粒子模型进行了比较,结果表明,混合椭球粒子的相函数随角度分布是平滑的、无特征的、且在侧散射方向上是平坦的,这和自然界中的沙尘粒子散射特性非常类似。最后利用累加法计算了沙尘暴对激光的多次散射特性,结果表明,利用任何一种单一形状的粒子模拟沙尘粒子的散射特性都会带来较大的误差。

用射线光学理论计算了具有一定尺度分布的六角冰晶粒子在可见和近红外光谱区一系列波长上(0.2-5 μm)的单次散射特性。利用米氏(Mie)理论,计算了与六角冰晶具有相同截面积的球形粒子的单次散射特性。根据辐射传输理论,应用累加法,分别计算了由冰晶粒子和等效球形粒子构成的卷层云的多次散射特性,计算结果表明当入射波长λ≈3.0 μm时,等效球Mie理论可以很好地用于计算卷层云的反射特性,但是当λ<2.8 μm时,尤其在可见光区,将引起显著的误差。最后提出了计算冰云光学特性的两种方案。

将内含异质层的半无限生物组织作为研究线光束照射下局部病变组织背散射场的近似模型,在此基础上,引入倍加算法对线光束照射下局部病变组织背散射场角分布进行数值计算。根据数值计算结果,分析了不同组织层几何参量和光学参量对背散射场角分布的影响,结果表明:“病变组织层对背散射场中小角度光的影响明显大于对大角度光的影响;背散射场的角分布对病变组织的几何参量(埋藏深度和光学厚度)较为敏感,而对病变组织光学参量亦即病变组织性质的差异敏感度较低。”同时还对含肿瘤的乳房组织的背散射场角分布进行了计算和分析,为将背散射场角分布应用于组织内隐藏异物的无创伤诊断提供了理论参考。

研究了梯度折射率半透明介质内的辐射传递,采用弯曲光线跟踪法和伪光源迭加法推导出一侧为灰壁面另一侧为镜反射半透明界面,具有线性折射率分布的发射-吸收性半透明介质层内的辐射强度.通过与本文的精确方法进行比较,进一步验证了以往对该类问题采用分层处理的可靠性.

将伪光源迭加法与光线分裂跟踪算法相结合,通过模拟计算介质的内部发射和辐射传递,研究了梯度折射率(GRIN)半透明介质层的表观发射特性.考虑折射率为线性分布的情况,计算分析了等温情况下不同参数介质层的表观方向发射率和半球发射率,并比较分析了离散层数对计算结果的影响.