为进一步研究高斯激光束在水下通信与信息探测中的应用和在不同海水环境中传输过程的特性，以海水中最常见的陆源悬浮泥沙粒子为例，将米氏（Mie）散射理论与蒙特卡罗（Monte Carlo）方法相结合建立含有悬浮物海水中波长为520 nm的高斯激光传输模型，研究了特定直径和密度的粒子群对激光传输的影响。分析了不同探测距离下高斯激光传输模型的归一化接收功率随激光初始发散角的变化。研究结果表明：1）通过改变米氏散射模型中的悬浮泥沙粒子的直径和密度，从而改变仿真中设置的消光系数、散射系数和不对称因子，探测靶面的接收功率随散射体直径、密度和传输距离增加呈指数级减小；2）在一定范围内，初始发散角的变化不会影响接收面的接收功率，并且这种范围随着散射系数以及传输距离的增大而减小。所提的研究方法为进一步实际分析含复杂颗粒群（悬浮气泡、浮游藻类、悬浮泥沙）海水中高斯激光传输特性变化奠定理论基础，可为相关的工程估算提供参考。

基于Mie散射研究了带电粒子的散射特性，给出散射系数与表面电导率的关系，计算了不同面电导率粒子与非带电粒子的散射角，计算表明：对金属类粒子，带电后的散射影响不大；但带电介质类粒子如水球、冰球粒子，面电荷使面电导率达到一定量级时，对散射特性有明显的影响。与水球相比，冰球的散射系数振荡现象处于粒子尺度参数更大值，振幅更强，而当面电导率很大时，即携带更多电荷量时，两者散射效率近似相等，与同大小的金属球形粒子的散射效率接近。随着面电导率的增加，散射系数发生较大变化，但当电导率达到一定值时，散射系数趋于恒定。相对非带电粒子的散射，带电后粒子的散射系数减小，散射能量沿不同方向重新分布，后向散射强度增强，其他方向的散射强度减小。当冰球粒子与水球粒子面电导率大到一定程度时，其散射特性都接近等大金属粒子的散射特性。

利用半解析蒙特卡罗方法建立了侧向散射激光雷达的理论模型.根据理论模型研究了多次散射条件下, 大气气溶胶对激光雷达光束的侧向散射机制.通过对理论模型的仿真, 得到了侧向散射光子的空间分布规律, 获得了侧向散射光强和散射系数曲线.比对了能见度分别为5.7 km, 8.0 km, 10.2 km的实验大气条件下仿真与实验获取的散射系数曲线, 发现当模型中大气平均散射因子和非对称因子(μs, g)分别为(0.7, 0.65), (0.45, 0.45)和(0.2, 0.35)时, 仿真与实验的拟合优度优于95%.

研究光在生物组织中的传输过程时需要更精确的散射相函数, 这就需要研究细胞核对相函数的影响。基于几何散射逼近理论修正了单一分散系有核细胞的Mie相函数、不对称因子g和二阶参量γ; 分析了有核细胞形态及光学参量对Mie相函数角分布和Airy峰数的影响; 对g和γ随入射光波长、细胞尺寸、核质比和折射率的变化规律进行了数值模拟。结果表明：Mie相函数分布、Airy峰数、g和γ不仅与细胞的大小有关, 而且与细胞核占比及折射率有关, 不能忽略细胞内部光学结构的影响。与HG相函数相比, Mie相函数能够描述侧后向散射特征, 更准确地计算g和γ, 为研究细胞的免标记识别方法以及激光在生物组织中的传输特性提供了进一步的理论支持。

Ring效应是指大气分子对太阳光的转动拉曼散射致使太阳光中夫琅禾费线变浅的现象。气溶胶能够改变光子在大气中的路径和大气散射性质，最终影响夫琅禾费线的填充程度，因此可以通过观测Ring效应强度获取气溶胶信息。分析了Ring效应对气溶胶光学参量(气溶胶光学厚度、单次散射反照率、非对称因子等)的敏感性，发展了一种结合大气辐射传输模型并利用地基多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)仪器观测的Ring效应获取气溶胶光学特性的新方法。将MAX-DOAS 反演结果和太阳光度计的观测结果进行了对比，两者一致性较好。研究表明，基于地基MAX-DOAS观测的Ring 效应可以实现气溶胶光学特性的探测。

基于蒙特卡洛法，对水雾遮蔽热辐射衰减建立了光子状态序列的追踪模型.利用该模型对水雾粒子的多重散射进行模拟，分析了影响水雾消光性能的消光系数、水雾浓度、不对称因子等参数，发现不对称因子也是影响水雾隐身性能的重要参数.研究表明：对于消光系数相同的介质，不对称因子越小越有利于衰减目标热辐射强度，而采用朗伯比尔定律则不能获得此结论；在雾粒子半径远大于红外波长的情况下，提高水雾的浓度并减小粒子半径可有效提高水雾的衰减作用.

以激光外差探测中两束光的特性为基础, 分析了相干光场和多模热光场的光子统计模型。分别讨论了上述两种光场的二阶和三阶统计特征, 其中二阶统计对应于Fano因子, 三阶统计对应于对称因子。对上述两种光场的Fano因子和对称因子进行了实验测量。结果显示, 相干光场的Fano因子和对称因子不随入射光子数而变化。将理论模型和实验数据相结合可得到与之对应的串扰概率为0.032 1, 探测器增益系数为1.046 0 ph。多模热光场的Fano因子随着入射光子数增加呈直线上升趋势; 目标运动速度加快, Fano因子逐渐减小, 表示回波光子波动减小, 认为其本质原因是热模个数增加引起的平均效应; 而多模热光场的对称因子呈抛物线趋势逐渐增加。对相干和多模热光场统计特性的研究, 为光子计数体制激光外差探测奠定了基础。

为研究前向散射对水下成像的影响, 利用辐射传输理论建立了激光水下成像前向散射理论模型, 提出了水下成像前向散射影响系数, 用以表征前向散射对水下成像质量的影响程度, 并给出了前向散射功率及前向散射影响系数的解析表达式。利用Matlab进行了数值模拟分析, 得出了水下成像前向散射光功率和影响系数随探测水深及水衰减系数的变化规律, 说明了非对称因子的取值对成像质量具有较大的影响。

A method of clarifying bioaerosol particles is proposed based on T-matrix. Size and shape characterizations are simultaneously acquired for individual bioaerosol particles by analyzing the spatial distribution of scattered light. The particle size can be determined according to the scattering intensity, while shape information can be obtained through asymmetry factor (AF). The azimuthal distribution of the scattered light for spherical particles is symmetrical, whereas it is asymmetrical for non-spherical ones, and the asymmetry becomes intense with increasing asphericity. The calculated results denote that the 5o–10o scattering angle is an effective range to classify the bioaerosol particles that we are concerned of. The method is very useful in real-time environmental monitoring of particle sizes and shapes.