以斯托克斯矢量理论为基础, 通过搭建偏振传输半实物模拟装置进行模拟实验, 观测激光在模拟环境(不同浓度的椭球粒子在非均匀分布状态)下偏振度(degree of polarization, DOP)的变化。实验选取灵芝孢子碳化粉末作为椭球粒子的实验对象, 通过烟雾机将椭球粒子形成不同浓度的烟雾, 研究入射波长为532 nm、671 nm的激光在0°、+45°、90°的线偏振光以及左旋圆偏振光经过模拟环境后偏振度(DOP)的变化情况。实验结果表明: 入射偏振光随着烟雾浓度的增大, 偏振度呈下降趋势; 3种入射线偏振光随浓度增大降幅不尽相同, 没有明显的规律可循; 不同波长低浓度烟雾时, 线偏振光与圆偏振光的偏振度下降幅度大抵相同, 大约为3%左右; 随着烟雾浓度的增大, 线偏振光的偏振度表现出不同程度的下降, 可达20%, 圆偏振光的偏振度仅下降5%, 表现出了较好的保偏能力。

基于T矩阵方法，给出了随机取向、轴对称、含核椭球粒子的散射计算方法，散射体的核和外壳均可为非球形粒子，内层粒子和外层粒子可以为同心也可为不同心，整个粒子具有轴对称性。以含核椭球粒子为模型，计算了含有吸收性内核的水凝物气溶胶的散射特性，分析了核的大小、形状以及位置对后向散射的影响。计算结果表明，后向散射对内核的形状、大小、位置以及外壳的形状非常敏感。

利用离散偶极子近似(DDA)方法研究了椭球形的纳米石墨粒子的红外消光特性。计算了不同形状的椭球粒子红外消光截面随波长变化规律, 并与等效球形粒子的消光性能进行了比较, 分析了不同入射波长时, 椭球粒子形状和粒径对消光的影响。结果表明, 椭球状的纳米石墨粒子红外消光性能好于等效球粒子的消光性能, 椭球粒子的最佳消光等效粒径与轴长比和入射波长有关。

基于BV理论建立基片及其上方回转椭球粒子的复合散射模型,通过矢量球谐函数展开, 对散射过程进行了分析, 对散射场及微分散射截面详细求解, 并给出了数值计算结果, 与离散源方法做了比较, 同时退化为球粒子与扩展Mie理论做了比较, 说明了此方法的有效性。并详细讨论分析了微分散射截面随不同入射角, 散射角, 回转椭球粒子的尺寸、长短轴比例, 距基片的距离, 介电常数, 粒子取向角的变化关系。结果表明: 同一散射角下入射角越大, 其微分散射截面越大；粒子尺寸越大, 相互作用越大, 其微分散射截面越大；长短轴比例越大, 其微分散射截面越小；距离基片的距离越大, 微分散射截面越大；微分散射截面的变化主要依赖于相对介电常数实部、虚部数值较大的一方, 并且随粒子取向角的增大而增大。

将具有不同横纵比的多分散、随机取向的椭球粒子混合,模拟了自然界中的尘埃粒子,利用T矩阵方法计算了其单次散射特性,并与球形粒子以及单一形状的椭球粒子模型进行了比较。结果表明,混合椭球粒子的相函数随角度分布是平滑、无特征的,且在侧散射方向上是平坦的,这与实验室和实地测量得到的真实尘埃粒子散射特性非常类似。利用此模型,根据矢量辐射传输理论,利用矢量累加法计算了尘埃气溶胶对非偏振光的多次散射特性,结果表明,利用任何单一形状的粒子模拟尘埃粒子的多次散射特性都会带来较大的误差。

计算沙尘暴对电磁波的衰减特性,以及利用卫星反射率遥感反演沙尘暴的光学厚度时,通常假设沙尘粒子为球形,但实验室和现场测量结果都表明,自然界中的沙尘粒子为非球形,因此利用球形粒子模型模拟沙尘暴对激光的散射和衰减特性将带来较大误差。利用具有一定尺寸分布、形状分布、随机取向的椭球粒子模型模拟自然界中的沙尘粒子,利用T矩阵方法计算了其单次散射特性,并与球形粒子模型进行了比较,结果表明,混合椭球粒子的相函数随角度分布是平滑的、无特征的、且在侧散射方向上是平坦的,这和自然界中的沙尘粒子散射特性非常类似。最后利用累加法计算了沙尘暴对激光的多次散射特性,结果表明,利用任何一种单一形状的粒子模拟沙尘粒子的散射特性都会带来较大的误差。