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。

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。

采用粉料漂浮高温熔融法自制Nd3+掺杂硫系玻璃微球，研究了腔量子电动力学增强效应对稀土掺杂硫系玻璃微球荧光光谱的影响。把直径90.53 μm的硫系玻璃微球与锥腰直径1.02 μm的石英光纤锥耦合，将808 nm抽运激光导入微球，荧光光谱存在分立的共振峰。根据米氏散射理论公式，计算得到TE偏振态下基模的三个共振峰位置，确定了这三个共振峰的模式序数。增强因子η≈1122，这表明微球荧光自发辐射速率增强幅度为1122倍。在基模条件下对原增强因子公式进行近似化简，并利用近似公式进行估算得到η≈1167，误差为4%。

颗粒测试在工业生产和科学研究中涉及的领域非常广泛,常用的颗粒粒度及其分布的测试方法是激光粒度测试法，其具有测试精度高、测量速度快、重复性好和可测粒径范围宽等突出优点。CCD传感器有灵敏度高、分辨率高、噪声小和较大的动态范围等优点，其作为激光粒度仪的探测器提高光强分辨率的应用已经很普遍了。为提高测量精度，通过对CCD传感技术的研究，应用图像处理的方法来设计光电探测器，搭建了基于米氏散射原理的激光粒度测试系统。实验结果表明,用CCD传感器采集光散射图像，再对图像进行处理，D50与D10误差在6%之内,D90误差在1%之内,降低了测量的重复误差。

在测量微粒系统的散射光强角分布中计算微粒系统的粒径分布,属于典型的反演问题。反演算法一直是激光粒度仪的关键和难点。介绍了基于米氏散射理论的粒度测试,对其求解方法进行了详细分析。针对独立模式算法不需要预先指定粒径分布函数的形式就可获得真实粒度分布,提出了一种改进的独立模式粒度反演算法,并对算法的性能进行了理论分析和实验论证。实验结果表明,所提出的算法有效地提高了测量精度,降低了测量的重复误差。

从米氏散射理论出发，利用单次散射理论模型研究了船舰尾流前向散射缪勒矩阵(FSMMBSW)的分布模式，以及矩阵元与气泡数密度、气泡半径之间的关系。研究表明，气泡米氏散射缪勒矩阵元m2和m4在前向90.

为了研究气泡对激光的时间展宽问题，采用米氏光散射理论，对气泡的光散射特性以及多次散射效应进行了理论分析，并开展了实验研究，得到了气泡在不同距离时后向光散射信号波形。结果表明，气泡对激光脉冲的传输有明显的影响，导致了脉冲激光在时间上的展宽，信号展宽的宽度随距离近似呈二次曲线变化。

建立了偏振光在生物组织中传播的模型,并利用该模型模拟了偏振光在生物组织中传播的过程,重建了多种偏振态输入光的情况下光偏振态在生物组织中的分布及生物组织的偏振特性模型。分析了光偏振度与光被生物组织散射次数的关系,阐明了由于偏振光在组织中传播,其偏振态逐渐改变而造成的偏振OCT干涉计两臂光束失去相干性及偏振OCT图像质量下降现象。通过分析斯托克斯(Stokes)矢量和穆勒(Muller)矩阵在光纤型偏振OCT系统中的应用,说明Muller矩阵不受输入光偏振态的影响,因此它比Stokes矢量更适用于光纤型偏振OCT系统研究。

基于米氏散射理论解释了激光照明下玻璃微珠的二次彩虹精细结构的成因,发现折射率的差异将直接影响二次彩虹精细结构的位置.对于实验中玻璃微珠半径变化引起二次彩虹精细结构间距变化的现象亦用米氏散射理论进行了模拟分析和实验研究.利用米氏散射的近似理论——艾里理论对玻璃微珠的折射率进行了测量.在对玻璃微珠二次彩虹精细结构所计算得到的折射率的统计分析基础上,通过校正测量误差后得到了玻璃微珠折射率的准确数据.