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。

提出并设计了一种基于正交光相干接收的光载波上下边带信号分离技术,可用在布里渊散射分布式光纤传感系统中,实现对斯托克斯光和反斯托克斯光的无损分离。该技术利用正交光相干接收技术,保留了光场的相位信息,使光载波的上下边带在不同的输出端口处于相干叠加或相干抵消状态,从而实现上下边带的分离。结果表明,该技术可使光载波的上下边带分别从两个端口输出,且输出与输入信号功率线性相关,具有很好的线性度。分离之后的上边带光信号和下边带光信号之间的串扰小于-20 dB。与常用的光学滤波器方法相比,该技术无温度敏感器件,具有很好的稳定性和可靠性。

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。

在强光辐照情况下，主镜表面粗糙度产生的散射是引起反射系统视场内杂散光的主要因素之一。本文针对主镜的散射，提出了一种简单的处理方法。采用双向散射分布函数(BSDF)描述散射的角分布特性，推导了平行光平行于光轴入射时主镜焦平面上的散射光强分布表达式，并将其与衍射光强分布表达式联立，得到了焦平面上以几何像点为中心，散射与衍射强度相等时的特征半径。该特征半径将焦平面上的光强分布分为两个区域，在强光辐照下这两个区域的饱和效应机理不同：特征半径以内，衍射强度大于散射强度，饱和效应主要由衍射贡献；特征半径以外，散射强度大于衍射强度，散射是该区域饱和的主要因素。仿真实验表明，对于半径为115 mm，焦距为-757 mm，入射波长为550 nm时表面粗糙度为10 nm的主镜，其特征半径约为0.843 mm，该结果与表达式计算结果相符，说明了计算表达式的正确性。