烟雾颗粒是火灾中的主要标志性产物之一,光散射矩阵是描述颗粒散射特性的一个重要物理参量,通过对火灾烟雾颗粒光散射矩阵的研究,可以获得火灾烟雾颗粒的一切光散射强度和偏振信息以及微观形貌结构和成分等性质。深入研究火灾烟雾颗粒光散射性质对火灾光电感烟探测、环境污染监测、卫星遥感数据反演、雷达目标识别等具有重要的意义。本文利用SEM对五种试验火烟雾颗粒的微观形貌观察分析,发现三种明火烟雾颗粒均具有分形凝聚体结构,获得聚氨酯烟雾颗粒的分形维数等形貌参数。两种阴燃烟雾颗粒的形貌则无分形凝聚体特征,并提出基于SEM/AFM分析的阴燃烟雾颗粒粒径统计分析方法。对五种试验火烟雾颗粒的化学元素组成进行了分析,表明明火烟雾和阴燃烟雾在碳元素含量上存在显著差别。基于SEM/AFM和元素分析结果,提出分别利用分形凝聚体模型和球形模型来描述明火烟雾颗粒和阴燃烟雾颗粒的形貌特征。并利用DDA方法,对采用不同形貌模型的颗粒的光散射矩阵进行了数值模拟计算,由此分析采用不同形貌模型时对光散射矩阵的影响。在深入研究光电调制原理的基础上,通过更换关键器件、改进测量装置及方法等手段改进基于偏振调制和锁相检测技术的光散射矩阵测量系统,并利用水滴颗粒对系统进行了校准测试。测量获得了木材阴燃、棉绳阴燃、木材明火、聚氨酯明火、正庚烷明火等五种试验火烟雾颗粒532nm各归一化光散射矩阵元素随散射角的分布,得到了各试验火烟雾颗粒光散射矩阵典型特征。发现阴燃烟雾和明火烟雾在光散射偏振特征上存在明显差异,并结合形貌成分分析结果对造成差异的原因进行了分析。基于Lorenz-Mie散射理论,发展了利用模拟退火算法对多个光散射矩阵元素同时进行反演以获得球形颗粒的粒径分布和折射率的方法。利用此方法,对两种阴燃火烟雾颗粒的光散射矩阵测量结果进行了反演,获得了粒径分布和折射率参数,发现该两种阴燃烟雾颗粒的光散射可以用Lorenz-Mie理论很好地描述,也表明该两种阴燃烟雾颗粒的形貌为球形。同时,针对三种明火烟雾颗粒也进行了反演的尝试,讨论了Lorenz-Mie理论描述明火烟雾颗粒光散射的适用性。