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。

雾衰减经验模型的计算是预测雾衰减的一种重要方法。为了将雾衰减经验模型应用到实际中进行适用性分析, 从米氏散射理论出发, 采用理论推导和仿真分析的方法, 计算了Kruse模型、Kim模型和Ijaz模型中激光在不同能见度下的衰减, 分析了3个模型在计算衰减系数时的差异, 并通过搭建自由空间光通信实验平台, 将实验结果与仿真结果对比分析。结果表明, 650nm波长的激光在雾衰减信道下的衰减结果与Kim衰减模型更接近。此研究结论为西安地区自由空间光通信系统雾衰减系数分析提供了参考依据。

为克服以近似理论分析为主的米氏散射方法在研究微粒粒径小于入射光波长情况下带来的局限性，采用了基于数值化模拟的有限时域差分（FDTD）方法对纳米级散射体微粒在近场聚焦光束下发生的聚焦作用进行仿真研究。以聚焦的线偏振光为光源，并将球形纳米空气粒子嵌入固态浸没透镜底面光束聚焦点位置，使用FDTD仿真软件模拟了纳米空气粒子附近的光强分布信息。通过改变相应的仿真条件，选出最合适的纳米散射结构参数，实现了良好的聚焦成像效果。

针对光学系统在实际工作中元件表面污染粒子对光的散射问题, 以空气中Al2O3污染粒子为例, 基于米氏散射理论, 模拟和分析了元件表面双向反射分布函数(BRDF)随散射角的变化规律, 进而定量计算了元件表面全积分散射值(TIS)。在此基础上, 进一步分析了影响表面洁净度的三个主要因素(空气洁净度、工作面朝向和曝露时间)对元件表面BRDF及其TIS值的影响。结果表明, 空气洁净度等级、工作面放置方向和曝露时间等对元件表面散射量的影响均较为明显。其中, 工作面的放置方向对元件表面的散射影响尤为突出, 水平向上放置(TIS=1.93×10-4)较之垂直放置时(TIS=8.07×10-5)散射量增大一个量级, 而较之工作面水平向下放置时(TIS=3.12×10-6)增大两个量级。最后, 以卡塞格伦望远镜为例, 针对其主镜的污染容限问题, 分析了不同空气洁净度条件下主镜表面洁净度达到污染容限所用的曝露时间, 可为实际工作中污染控制和保证系统对微弱目标信号的有效探测提供参考。

采用连续波半导体激光器为发射光源, 以电荷耦合器件(CCD)与鱼眼镜头为探测器, 设计了一套测量大气分子与气溶胶散射光成像的极化浊度计装置。该装置可实时观测大气样品的散射图像, 散射角观测范围为14°~162°, 极化角观测范围为0°~360°。利用该装置分别对氮气与水汽进行实时观测, 得到其散射图像, 其中氮气的散射光与瑞利散射理论相吻合, 不同极化角的散射光强与理论值的拟合优度为98%, 而水汽散射光随散射角的变化趋势与米氏散射理论的一致性较好。结果表明本装置在定量观测气溶胶散射光方面有潜在的应用价值。

为了探究倾斜基体激光熔覆中基体表面能量的分布规律, 利用米氏散射理论法建立了倾斜基体表面上的激光功率密度分布的数学模型, 以及激光功率密度峰值和峰值偏移量的数学模型。结果表明, 随着倾斜角度的增加, 激光功率密度会逐渐减小, 并且减小幅度逐渐增大; 激光功率密度峰值会发生偏移, 偏移量也随着倾斜角度的增加而增加, 且幅度逐渐增大。用试验对模拟结果进行验证, 获得的规律是一致的。

弥散介质遮蔽表面的红外成像精确测温问题可归结为遮蔽物对热像仪工作波段光学厚度的准确测算。以细水雾遮蔽下的目标红外成像测温为例，通过理论和实验分析，确定具体的测量方法为通过粒子测量系统可以确定弥散介质的几何参数(粒度、浓度、厚度等)；结合米氏散射理论计算获得其光学衰减系数；采用朗伯比尔定律计算弥散介质的透射率；通过设定红外热像仪中的大气透射率参数完成对待测目标的准确的红外成像测温。实验证明，该方法可准确测定弥散介质遮蔽表面的温度。而对实际应用问题，提出了通过估算的方法来确定大气透射率。

研究带电粒子对电磁波的散射，对认识电磁场规律及云层探测、雷电预警等具有重要意义；根据带电粒子的米氏散射理论，对散射系数进行简化，得到了带电粒子在瑞利散射条件下，散射系数与面电导率和电磁阻抗系数的关系；计算了瑞利散射条件下，不同面电导率的粒子的电磁波散射系数，在粒子尺度较小时，瑞利散射公式与米氏散射公式计算结果一致。粒子表面所带电荷改变了面电导率，当面电荷使面电导率达到毫西门子量级时，就会使散射系数有明显增加，随着面电导率的增加，散射系数会有较大变化；对尺度系数较小的粒子，散射系数较小，但带电后散射系数与中性时的散射系数之比较大，并随着电导率的增加趋于一个恒定值，大小与粒子的介电系数有关，对球形水滴这一恒定值约为24。

研究了水下高光谱衰减测量仪（ACS）的不确定度。通过不同粒径的标准颗粒（2，5，10，20 μm）的米氏散射理论计算值与紫外-可见分光光度计（PE35）的实测值对比，得出：PE35的衰减测量误差最大不超过8%。针对我国高浑浊水体环境，利用ACS与PE35对我国东海浑浊海水样品进行衰减同步测量，结果表明：ACS在浑浊水体下的测量结果被低估，其不确定度与波长呈负相关；水体的浊度对ACS 衰减测量的不确定度影响较大，且呈正相关，在低浊度水体下ACS(10 cm)的测量值被低估17.2%~19.04%，ACS(25 cm)的测量值被低估7.84%~15.36%，在高浊度水体下ACS(10 cm)的低估则增至26.4%~28.24%。

为了实现非视线激光大气散射通信, 根据米氏散射理论, 建立了非视线通信链路模型, 研究了1.06μm激光的大气散射通信技术,分析了激光接收功率、激光发射功率、激光发散角、接收视场、探测器灵敏度、发射机倾角、接收机倾角、大气衰减和通信距离的关系, 并搭建了试验原理系统, 进行了1km距离的散射通信试验, 获得了激光散射信号。结果表明, 在一定的天气条件下, 采用波长为1.06μm的红外激光进行信号传输, 有望实现远距离的大气散射通信。