基于广义洛伦兹-米理论，研究两个聚焦的高斯光束沿着任意方向入射单轴各向异性涂层球的散射特性。基于球矢量波函数的正交特性，推导得到双高斯光束的球矢量波函数展开表达式。通过引入傅里叶变换，求解得到各向异性涂层区域内的电磁场展开式，将涂层球各区域的电磁场用球矢量波函数展开，再结合边界条件，得到沿任意方向传播的双高斯光束入射到涂层球的散射系数和雷达散射截面。数值模拟了雷达散射截面随散射角变化的分布，将单轴各向异性涂层球退化为单轴各向异性球时的散射结果与文献进行对比，结果十分吻合。分析双光束的入射角、粒子内半径、涂层厚度与内半径的比值、电和磁各向异性对散射强度及其散射角分布的影响。该理论和数值分析能够为激光对涂层颗粒的探测、散射以及光学操作提供有益帮助。

为精准高效调校并检测微纳超构表面，基于时域多分辨分析（MRTD）方法研究了栅格微纳超构表面与掩埋微缺陷的耦合散射问题。从Maxwell方程出发，引入多分辨概念，建立耦合散射模型，推导出散射场，并与时域有限差分（FDTD）方法的计算结果进行比对，以验证MRTD方法的正确性并分析其优点。结合含微缺陷的栅格超构表面场分布，给出研究缺陷各参数对超构光学系统影响的必要性。通过数值计算分析缺陷尺寸、掩埋深度及相对方位等因素对耦合光散射特性的影响。上述结果为功能性表面设计、超灵敏检测、散射峰值方向及频率选择等领域和方向提供技术支持。

基于典型雾霾粒子的消光、吸收、散射截面、不对称因子参量和粒径分布函数的分析, 运用蒙特卡罗方法研究了不同组分、不同混合方式的雾霾介质中波长 0.55 μm 激光的传输散射特性, 比较了典型污染物颗粒介质对光的透射率影响。研究表明, 同等浓度下, 硫酸铵介质对光的透射率最高, 碳溶胶介质的透射率最低, 且雾霾的透射率小于灰霾透射率。此外, 对不同混合状态簇团粒子组成介质的透射率比较分析表明, 典型污染物粒子外混合状态和内混合状态对光的衰减性几乎相同, 而雾霾介质中水组分的分布对光的透射率有明显的影响。

涡旋波束携带的轨道角动量(OAM)模态在通信容量提高、同时同频多路信息调制等领域具有重要的应用前景,但涡旋波束经复杂介质环境后会造成波束场幅度和相位扰动,进而引起信道串扰、高误码率等问题。基于ResNeXt网络,提出了一种基于实测涡旋波束扰动场的图像,识别扰动场OAM谱分布的方法。以涡旋贝塞尔波束入射玻璃板的实验图像为例,利用所提方法进行OAM谱识别,对于不同入射方向情况下的场幅度图像,通过优化后的ResNeXt网络获得了透射场的OAM谱分布结果,对识别结果进行谱分布重构,并与数值计算结果进行对比,分析误差。结果表明,优化后的ResNeXt网络可以有效地识别出穿过玻璃介质之后的入射角为0°~45°的贝塞尔波束的透射场OAM谱分布,由于谱分布的弥散程度随着入射角度的增大而增大,与理论计算结果相比,主模相对误差亦随角度的增大而增大,但最大不超过22.86%。

运用广义洛伦兹-米散射理论(GLMT)研究了高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子的散射特性,将直角坐标系下沿 z轴方向传播的贝塞尔波束的电磁场强度各分量表达式转化成球坐标系下各个分量的表达式,使用GLMT中的积分局部近似法计算贝塞尔涡旋波束的波束因子,进而计算在轴入射的高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子散射。以硝酸铵球形粒子为例,通过数值计算,讨论了不同拓扑荷数和半圆锥角矢量贝塞尔涡旋波束与气溶胶粒子作用的微分散射截面随散射角变化的分布,以及消光截面、散射截面和吸收截面随均匀球形气溶胶粒子尺寸参数的变化情况。结果表明,随着贝塞尔涡旋波束拓扑荷数的增大,粒子微分散射截面值逐渐减小;拓扑荷数一定的贝塞尔涡旋波束随着光束半圆锥角的增大,消光截面、散射截面和吸收截面各值整体上趋向减小。

采用时域有限差分法研究了多因素对光学介质薄膜表面冗余节瘤粒子微分散射截面随散射角的变化规律.对光学介质薄膜表面冗余节瘤粒子复合散射进行建模, 并针对典型半空间问题, 对总散射场进行分解并对相应的场相位进行求解, 给出网格剖分规则.将数值结果退化为冗余球体粒子, 与MOM (Method of Moments)矩量法进行详细比较, 验证程序的有效性.分析P偏振光入射下, 入射角、长短轴轴比和镶嵌高度h对Cu和SiO2镶嵌粒子微分散射截面随散射角的影响规律.结果表明：微分散射截面的最大峰值出现在入射角的镜面值角度; 在镜向散射区域附近, 对于扁平回转椭球体粒子微分散射截面随冗余节瘤粒子轴比的增大而减小, 扁长回转椭球粒子的规律相反; 在[-90°,-60°]散射角区域, 微分散射截面与冗余节瘤粒子镶嵌高度成正比, 镶嵌高度对介质粒子散射特性影响更大.

分析了硫酸铵、硫酸、硝酸盐、碳和有机碳等组成的雾霾污染物团簇。基于团簇-团簇凝聚(cluster-cluster aggrogation, CCA)模型, 模拟构建不同成分,不同形状团簇粒子。在此基础上运用离散偶极子法计算了雾霾团簇粒子的光散射性质,进而仿真计算了不同形状的 雾霾团簇粒子的光学散射,分析了雾霾团簇粒子散射场强度随散射角、效率因子与尺度因子变化关系,偏振度随散射角的变化结果。 计算结果可用于分析大气雾霾特性和大气光传输特性。

基于电磁场的矢量波函数展开方法和不同坐标系中矢量波函数转化关系,得到了圆对称矢量贝塞尔涡旋波束的圆柱矢量波函数展开系数;结合电磁场边界条件,获得了圆对称矢量贝塞尔涡旋波束以任意方向照射均匀单轴各向异性介质层的反射场、透射场和内部场的展开系数;数值计算了沿波束传播方向横截面上的入射、反射和透射电场强度分布以及xOz平面内传播路径方向的总电场强度分布。结果表明,圆对称贝塞尔涡旋波束入射单轴各向异性介质的反射场基本保持同心圆环结构,但强度分布不再呈圆对称;透射场出现两束交错折射光,总电场强度轮廓显著扭曲。

运用空间矢量角谱法,分析了低阶拉盖尔高斯光束(LGB)在空间中的非傍轴矢量传输特性,得到了LGB远场矢量分布的解析式。基于广义Mie散射理论,分析了单个均匀球形粒子对LGB的散射特性。研究结果表明,随着LGB拓扑荷数的增大,光斑中空的面积增大,位于光轴上的微分散射截面减小;随着粒子尺度参数的增大,消光效率因子、散射效率因子和吸收效率因子出现峰值,并且峰值随着拓扑荷数的增大向着粒子尺度增大的方向移动。