针对散射法在检测光学元件表面划痕时只能得到其光场分布而无法直接得到划痕深度信息的问题，将角谱迭代算法、光强传输方程（TIE）和角谱迭代结合的算法应用到光学元件表面划痕深度检测中。首先，采集光学元件表面的光场分布，分别利用两种重建算法得到表面划痕的相位分布，通过表面划痕对相位的调制特性计算出划痕深度；然后，从强度误差、相关系数及相对均方根误差来对两种算法的有效性进行评价；最后，通过实验验证了光学元件表面划痕深度重建结果的准确性。结果表明，与角谱迭代算法相比，TIE和角谱迭代相结合的算法重建划痕深度的相对误差更小，重建效果更好，重建精度更高。

实芯保偏光子晶体光纤在双折射、温度、抗辐照等方面具有独特的优势,非常适合于光纤陀螺应用,然而其损耗较大,影响着光子晶体光纤陀螺性能的提高,空气孔内壁表面粗糙度引起的散射是导致损耗的原因之一。针对实芯保偏光子晶体光纤散射损耗,建立了光纤散射模型,仿真计算散射损耗为0.179 dB/km;搭建了全自动测试装置,测量灵敏度可达1 pW,散射角测量范围可达15°~165°,光纤旋转角度分辨率可达1°,实现了三维散射球的测量,得到散射损耗为0.23 dB/km,验证了理论仿真结果的可靠性。

基于整机双向散射分布函数(Bi-directional scattering distribution function, BSDF),星载大气痕量气体差分吸收光 谱仪(Environmental trace gases monitoring instrument, EMI)在轨可完成基于太阳的辐射定标,整机BSDF表征了EMI观测 光路和定标光路辐射特性的关系。观测光路辐射定标已在地面完成,定标光路辐射特性定标在轨基于太阳完成,进而得到了 整机BSDF参数,基于此实现了EMI在轨基于太阳的辐射定标。结果表明在可比光谱范围内, 与TROPOMI(Tropospheric ozone-monitoring instrument) 载荷交叉比对结果的差异在5%～6.5%以内。

基于Klein-Nishina(K-N)公式对康普顿散射截面的描述,结合比尔定律,分别计算在物体内部设定的每一个散射点对探测器所有探元造成的散射分布的概率,叠加所有散射点造成的散射分布概率,引入调节系数,求出总散射分布,最后从投影数据中减去散射分布,实现散射伪影的校正。通过仿真和实验验证,该方法能够明显抑制散射造成的杯状伪影与阴影,提高重建图像的质量。

针对天文望远镜光学系统中镜面散射对成像质量的影响, 提出了一种基于反射镜表面功率谱密度计算离轴三反成像系统像面环围能量比的方法。基于Harvey-Shack散射模型, 提出了像面光强分布与反射镜表面功率谱密度的关系, 描述了离轴三反系统中的散射在各个反射面的传播过程, 并给出了像面光强分布与反射镜表面有效均方根相对于工作波长的比值的关系。通过多手段测量获取1.5 m口径加工样件在不同空间频率频段内的表面功率谱密度, 利用k-相关模型拟合其全频段一维功率谱密度和二维功率谱密度, 加工样件的面形精度有效均方根(在1/D到1/λ范围内)为13.7 nm。对比了离轴三反系统在不同工作波长下像面环围能量比的分布, 给出在我国某大型空间天文望远镜在考虑散射情况下的加工要求, 镜面的有效均方根为10.3 nm, 其中低频误差均方根小于8 nm。

针对全球范围CO2浓度和气溶胶检测的星载激光雷达系统的可行性进行研究。由于大气后向散射信号很弱, 故星载激光雷达对杂散光很敏感。激光雷达系统由Ritchey-Chretien接收望远镜、多波段中继光学系统以及光电探测系统构成, 因此, 相比于传统成像光学系统, 其杂散光的分析与抑制技术得到改进。对光机结构建模, 基于杂散光来源分类和大量光线追迹, 提出了一种位于激光雷达后光学系统中, 而非接收望远镜中的杂散光抑制方法。仿真结果表明, 位于后光学系统中准直器镜筒上的挡光环极大地抑制了杂散光。因此, 可以舍去接收望远镜上的挡光环。

基于应用光学中基本辐射理论，研究了临近空间高空气球的光散射特性。利用计算几何学的坐标转换以及网格划分建模思想，对高空气球球面进行网格面元划分。根据高空气球等透明类物体几何结构和物体光学特性，推导出透明类物体双向散射分布函数（BSDF）镜反射/折射、近镜反射/折射、漫反射/折射、理想漫反射/折射相结合的计算模型，最终得出高空气球散射背景辐射在地面产生辐射亮度的计算模型。利用MODTRAN 软件在3~5 μm和8~14 μm 波段仿真计算临近空间高空气球的背景辐射亮度，在0.24~2.4 μm 波段仿真计算气球自身亮度。仿真结果表明：利用BSDF模型计算得到高空气球亮度为2.28 × 10-3 W/(cm2·μm·sr) ，计算结果误差为10.6%，精度相对双向反射分布函数(BRDF)模型提高2%。在分析高空气球等类透明体散射特性时，可参考此模型来进行计算。

为了研究1064nm激光大气气溶胶粒子的散射特性,利用Mie散射累积相乘算法,对函数迭代式进行简化,减少存储数组,对无穷迭代进行有效截断,减少迭代次数。通过模拟得到单分系和多分系的散射分布特征,得出散射强度主要集中在前向小角度散射的结论,并讨论了散射光的偏振特性,得出散射光存在完全偏振光的结论。结果表明,改进算法具有收敛速度快、精度高的优点。

基于几何光学和辐射理论,研究了空间卫星的可见光散射特性。空间卫星的背景辐射主要包括太阳的直接辐射和地球及大气的散射辐射,根据目标的结构特性与背景特性建立了空间卫星的几何模型和光照模型。分析目标表面状况,入射到目标表面的光线近似服从高次余弦散射分布,根据能量守恒定理及表面材料的高次余弦散射分布特性建立了目标散射特性的数学模型。通过矢量坐标变换确定太阳、地球、观测卫星在目标本体坐标系下的相对位置关系。根据给定的几何尺寸和表面物性参量仿真获得了目标在探测器入瞳处的能量分布及星等特征,目标本体与太阳帆板在探测器入瞳处的辐照度最大量级均为10-12 W/m2。仿真结果表明太阳帆板在目标特性分析时不可忽略,为空间目标的可见光探测提供参考数据。