针对生物粒子凝聚体单体形状和光学特性的复杂多变，构建了5种不同单体形状的生物粒子凝聚体空间结构，并用离散偶极子近似方法计算了生物粒子凝聚体的消光特性参数，分析了不同单体形状生物粒子凝聚体的消光特性差异。计算结果表明：非球形生物粒子凝聚体在将其单体形状等效为球形时，平均质量消光系数的相对偏差绝对值在6%以内；不同单体形状生物粒子凝聚体对光的散射能力不同是消光特性存在差异的主要表现，且通常情况下单体形状越偏离球形，相对偏差越大，因此，由不同单体形状引起的消光特性的差异不应被忽略。此项工作可应用于准确评估和优化生物粒子材料的消光性能。

生物材料作为一种有别于传统无机消光材料的新型烟幕介质，悬浮于空气中，以烟幕的形式存在，通过对光的吸收和散射作用改变光波的传输特性。本文根据生物材料的复折射率特点，介绍了生物材料的吸收和散射特性，概括了生物材料单粒子、单分散凝聚粒子和多分散凝聚粒子的消光特性的表征方式，分析了影响生物材料消光特性的因素，总结了生物材料消光性能的测试方法。最后，本文提出了生物材料在复杂空间结构模拟精确化、消光特性影响因素分析多元性、消光特性测试标准化方面的发展趋势，以期为新型消光材料的制备和改进等提供有益参考。

铟锡氧化物（ITO）作为一种高掺杂的半导体材料，其材料介电常数零点波长位于近红外波段，且其在近红外波段的吸收损耗较小，因此ITO可以成为近红外波段理想的局域表面等离激元共振效应（LSPR）材料。采用时域有限差分法模拟长方体状ITO纳米棒阵列的LSPR效应，通过调整ITO纳米棒的载流子浓度、尺寸、间距以及衬底折射率实现其红外波段LSPR共振峰的有效调节。这对于扩宽ITO纳米结构在红外波段LSPR效应的应用具有重要的研究意义。

卷云对量子通信光信号的传输有极大的影响。根据卷云特性建立了卷云冰晶粒子的分布模型,研究了卷云的消光特性,并根据卷云的散射特性,分析了卷云冰水含量、传输距离、链路消光特性、信道容量和信道纠缠度衰减的定量关系,研究了噪声影响下隐形传态保真度的变化,并进行了仿真实验。实验结果表明,当传输距离为3 km时,在卷云冰水含量(体积质量)为0.4 g·m ^-3的条件下,对应的链路衰减、信道容量和信道纠缠度分别为0.05 dB·km ^-1、0.94 dB·km ^-1和0.52,而在卷云冰水含量(体积质量)为 0.1 g·m ^-3的条件下,对应的链路衰减、信道容量和信道纠缠度分别为0.20 dB·km ^-1、0.82 dB·km ^-1和0.07。由实验结果可见,自由空间量子通信信道的性能在卷云的影响下均发生了不同程度的变化。因此,在进行量子通信时,需考虑卷云的影响,根据卷云的变化调整性能参数,以提高通信质量。

针对生物材料FANS 233D, 采用显微红外光谱仪测定了材料在2.5~15 μm波段的反射光谱, 结合Kramers-Kronig(K-K)关系计算了生物材料8~14 μm波段的复折射率。利用团簇-团簇模型模拟了不同分形维数的生物凝聚粒子的空间结构, 通过离散偶极子近似法计算了具有分形特征的生物凝聚粒子在远红外波段的消光参量, 并求出不同条件下生物凝聚粒子的质量消光系数。结果表明: 在远红外波段内,相同原始微粒数生物凝聚粒子的分形维数越大, 其消光性能越好, 当生物凝聚粒子的原始微粒数为50, 分形维数为2.00, 质量密度为1 120 kg/m3时, 质量消光系数最大可达到2.262 m2/g, 且凝聚粒子的质量消光系数随着原始微粒半径的增大而缓慢增大。

为了解不同类型气溶胶的消光特性及粒子多次散射效应对可见光传输性能的影响,选取400, 488, 550, 694 nm波长和海洋型、沙尘型、水溶性、烟尘4种常见气溶胶,基于Mie散射理论和建立的稳态蒙特卡罗计算模型,研究了可见光的大气传输衰减特性。结果表明,单个粒子散射强度随入射波长的增大而减小;海洋型、水溶性、烟尘粒子的消光效率因子随波长的增大而减小,沙尘型粒子则相反;海洋型、沙尘型、水溶性粒子的消光以散射为主,烟尘粒子则以吸收为主。利用稳态蒙特卡罗方法模拟多次散射效应,结果表明,光波在海洋型气溶胶中透过率最大,在沙尘型、水溶性和烟尘气溶胶中依次减小;随着能见度的增大,透过率逐渐增大。当能见度达到一定程度时,多次散射过程中的吸收作用可以忽略不计。该结论有助于在特定类型气溶胶光学厚成像路径中,构建更加准确的图像退化模型。

利用离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)方法系统研究金属/石墨烯复合纳米阵列的消光特性,考察金属基底和石墨烯纳米阵列尺寸对局域表面等离子体共振峰位和强度的影响,以及研究不同基底厚度比条件下纳米复合阵列的电场分布、规律和物理本质。仿真结果表明,当保持金属基底厚度不变时,Ag/Au/石墨烯复合纳米阵列的局域表面等离子体共振峰随石墨烯原子层数的增大而增大,共振波长发生微小红移; 当保持八根石墨烯层柱和银基底厚度不变时,随金银厚度比的增大,消光光谱发生蓝移; Ag/Au/石墨烯复合纳米阵列银层表面的电场强度为最强,石墨烯纳米棒阵列的电场强度较强。

对金属/化合物/石墨烯复合纳米阵列的消光特性及电场分布进行了仿真研究。研究结果表明，随着石墨烯原子层数的增加，偶极子共振峰强度逐渐增大；改变二层板的结构和石墨烯的厚度，偶极子共振峰峰位由660 nm蓝移到510 nm；外界介质折射率对LSPR的共振峰有着显著的影响；当折射率固定时，石墨烯柱与金属Ag板的底角及石墨烯柱与SiO2板的顶角处的电场增强现象较为强烈。

为了有效研究液晶环境对金属纳米结构表面等离子体的调制作用, 基于时域有限差分方法, 对液晶环境下金纳米柱结构进行了建模, 上下边界采用完全吸收边界条件, 四周为周期边界条件.数值模拟了液晶厚度、倾角、光栅距离以及周期结构等参数对金纳米柱的消光特性的调制作用.分析结果表明：随着液晶光轴角度增加, 谐振波长出现红移现象, 且调制范围为40nm; 光栅距离越大, 金纳米柱之间的相互作用越弱, 谐振波长越小; 增加周期长度, 谐振波长红移, 且随着周期长度增加, 次峰作用越明显.利用液晶光学性质可调节金属纳米结构的表面等离子体特性, 结果对液晶环境中表面等离子体结构在新的光子器件等方面的研究提供了理论依据.

采用离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)方法考察核壳比和外界介质折射率对ITO/Au、CdS/Au、Nb-Sn/Au纳米核壳粒子表面等离子体共振消光特性的影响,并利用杂化理论对其物理本质解释。仿真结果表明,ITO/Au和CdS/Au纳米核壳的ω－模式对应的共振峰峰位随核壳比的增加逐渐红移,而Nb-Sn/Au纳米核壳对应的共振峰峰位随核壳比的增加逐渐蓝移；ω+模式对应的四极共振峰峰位随核壳比的增大缓慢蓝移；集中在金壳两极点的振荡电荷对核壳球模式和腔模式的耦合作用以及电场分布有显著影响；相同尺寸纳米核壳的消光能力由强到弱依次是ITO/Au、Nb-Sn/Au、CdS/Au。