微细颗粒物的光散射特性作为光与物质相互作用的重要特性之一,已广泛应用于大气科学、环境保护、生物医学、军事侦查、精细化工等领域,对其理论及应用的研究必将推动物质探测领域的进一步发展。本文针对单个非球形颗粒及单分散回转对称非球形颗粒群,对其正演问题和反演问题均作了有益的探讨;成功研制了单分散颗粒群光散射特性测量仪器。　　 首先,论文简要回顾了颗粒光散射研究的发展历程,对目前颗粒光散射的各种计算方法进行了评价和比较。基于扩展边界条件法及矢量球谐函数的加法定理,通过严格求解Maxwell方程所得到的散射传输矩阵(T矩阵),对可与入射波波长相比拟的单个及单分散回转对称非球形颗粒的散射问题进行了理论推导。通过与球形颗粒Mie散射方法的比较,证明了T矩阵方法的可靠性。　　 根据T矩阵方法,采用单个非球形颗粒及单分散回转对称非球形颗粒群光散射特性的计算模型,对其散射截面、消光截面、非对称参数及散射矩阵元素进行了计算,在此基础上讨论了颗粒的折射率、形状、大小、取向、入射光偏振态等一系列因素对散射特性的影响。结果表明,粒径和形状对固定取向单个回转对称非球形颗粒和随机取向单分散回转对称非球形颗粒群的影响几乎一致:散射截面、消光截面均随粒径的增大而增大,但散射光与粒径之间并非线性关系;粒径较小时,各种形状颗粒的散射截面和消光截面几乎各向同性;当粒径较大时,其散射截面和消光截面随颗粒形状的不同出现震荡趋势;　　 针对5种非球形生物气溶胶颗粒群的空间光散射图形分布规律,得出以下结论:在前向小角度散射时,可以用球形颗粒模拟非球形颗粒的散射;F11(θ)曲线的前向散射斜率[F11(0°)-F11(5°)]/5可以表征颗粒尺寸;F11(θ)在170°～180°范围内的积分与在0°～10°范围内的积分的比值可以表征颗粒形状;F22(θ)/F11(θ)在30°～90°内的积分随着纵横比的增大而增大,也可用以判断颗粒的形状。针对单个非球形生物气溶胶颗粒的光散射特性,提出一种生物气溶胶颗粒尺寸和形状的测量方法,粒径的大小可由5～10°散射角内散射光强度确定,而颗粒的形状可通过5～10°内的非对称因子Af获得。　　 其次,论文针对上转换发光材料(Up-Convertin非对称参数Phosphor,UCP),成功研制了单分散UCP颗粒特性测量仪,包括仪器的总体设计,光学系统、机械系统、数据采集与处理系统等的设计,通过测量悬浊液的散射光、透射光及上转换光,获得颗粒的浓度及上转换发光特性等信息,以对UCP颗粒的制备、表面修饰与活化等过程进行有效的监控。使用400nm梯度浓度UCP悬浊液对该测量仪器的性能进行评估,得到仪器的测量下限为0.001m非对称参数/mL,散射光光路的测量上限为1.4mg/mL,以上,上转换发光光路的测量上限为2.0mg/mL,仪器在测量范围内有很好的线性度;整个测量范围内38种梯度浓度UCP悬浊液样品10次连续测量的CV均小于14%,测量误差均小于8%,满足对UCP颗粒制备、表面修饰与活化等过程进行有效监控的需求。　　 最后,论文针对单个非球形生物气溶胶颗粒,基于尺寸和形状反演的结论,提出了一种单个回转对称形状生物颗粒尺寸和形状的测量方案。