光波散射是指光波通过非均匀介质传播时,一部分光偏离原来的传播方向而向四面八方散开的现象。光波经过不同种类的介质散射后,其统计光学特性会发生各种不同的变化,这些变化与介质的结构特征紧密相关,换言之,散射光波的统计光学特性携带了介质的结构信息。这对于很多不能直接探测物体结构信息的情况而言具有重要的意义,因此探索光波经过不同类型介质的散射规律是散射研究的重点之一,这些研究在目标探测、遥感以及医疗诊断等方面有着潜在的应用价值。2010年之前,光波散射的研究大部分集中在传统的散射介质模型,如确定性介质和准均匀随机介质等。虽然传统的散射介质模型具有很好的代表性且在数学上易于处理,但是这些模型仍然存在一定的局限性,不能够模拟介质的某些特定结构特征。近年来,研究人员针对传统介质模型的局限性,相继提出了一些新型散射介质模型,如各向异性介质、半软边介质以及空心介质等,随后,越来越多的研究开始致力于探索光波经过新型散射介质的散射规律。另一方面,现代制造技术和3D打印技术的迅速发展为实验上实现具有特殊关联结构的介质提供了条件,考虑到介质的结构参数对散射场的调控作用,研究人员开始尝试通过设计介质的新型关联结构来获取特殊分布的散射光场,并成功实现了正方形、矩形、环形、框架结构、非对称结构以及阵列结构等分布的散射光场。在此背景下,本论文在一阶Born近似的条件下,研究了平面波或部分相干光束经过新型随机介质的散射规律,涉及到的新型随机介质包括半软边随机介质、空心随机介质以及随机色散介质。同时探索了通过设计新的介质模型来实现多环形分布的散射光场。本论文章节具体安排如下:第一章是绪论部分,首先介绍了本论文的研究背景和现状,通过梳理国内外研究学者关于光波散射问题的研究历程以及最新的发展趋势,进一步指出本论文研究的目的和意义。然后介绍了本论文所涉及的理论基础和研究方法,包含三个部分:标量光波弱散射理论、矢量光波弱散射理论以及传统散射介质模型。第二章研究了光波经过半软边随机介质散射后远场的统计光学特性。首先考虑了平面波经过半软边随机介质散射后远场的光谱强度、光谱相干度以及光谱偏振度分布,具体分析了介质的边界硬度、关联长度及有效半径对这些分布的影响;然后以多高斯谢尔模型光束为例,研究了部分相干光束经过半软边随机介质的散射规律,重点研究了介质和光束对于散射场调控作用的比例情况。第三章研究了矢量光波经过空心随机介质散射后远场的光谱变化。利用散射场的交叉谱密度矩阵求得散射场的光谱表达式,并通过数值模拟的结果分析了散射光谱相对于入射光谱的不同之处以及散射光谱随散射角度的变化,讨论了空心介质的壳层薄度、外层和内层关联长度以及入射光波的偏振度对散射远场光谱移动现象的影响。第四章提出了 一类新型随机色散介质模型,并研究了随机电磁光束经过该介质的散射规律。首先将随机介质对于入射光波频率的依赖考虑在内,给出了随机色散介质的散射势关联函数,然后利用广义Stokes参数求得随机电磁光束经过该介质散射后远场的光谱强度、光谱相干度及光谱偏振度表达式,最后以随机电磁光束为矢量高斯谢尔模型光束、随机色散介质对于入射光波频率的依赖形式为高斯型统计分布为例,在介质主导调控散射场及光束主导调控散射场两种情况下讨论了介质关联长度分布的中心波长、有效半径分布的中心波长、光束半径、光束相干长度以及光束的各向异性对于散射场统计光学特性的影响。第五章设计了一类具有新型关联结构的随机散射介质模型,使得光波经过该介质散射后远场的光谱强度呈多环形分布。首先推导得出散射远场的光谱强度表达式与随机介质的散射势关联函数、非负确定函数之间的关系,然后根据预期的光场分布设计非负确定函数的形式,继而确定随机散射介质的关联结构,最后通过数值模拟的结果证实该介质模型可以实现多环形分布的散射光场。第六章对本论文的主要工作及创新点进行总结,并提出对未来工作的展望。