非均匀介质辐射传输问题在工程实际中广泛存在。由于热效应引起的梯度折射率现象常常给工程技术的使用带来麻烦,甚至危害设备安全。另一方面,工程中通过设计介质的折射率分布来改变光信号传输特性,可以有效改善设备性能和实现技术创新。消除梯度折射率的危害或光学元件的设计,都需要充分地研究梯度折射率介质的辐射传输问题。梯度折射率介质的辐射传输数值求解方法已经得到研究。但目前大多数求解方法通过区域离散求解光线传输轨迹,在复杂折射率分布介质中适用性差。为研究三维任意折射率分布介质的辐射传输问题,本文采用龙格库塔光线轨迹求解方法和移动最小二乘拟合法,对折射率数据离散分布的三维介质光线轨迹进行精确求解。然后,将龙格库塔光线追踪法与蒙特卡洛法相结合,建立了适用于三维非均匀介质的辐射传输数值求解方法。以光学窗口为研究对象,基于本文建立的辐射求解方法分析了不同折射率分布形式对窗口介质辐射特性的影响,并且研究了梯度折射率介质对多种外部光源的透射特性。实际半透明材料的光学物性参数往往是温度和波长的函数。本文结合谱带近似法建立变物性介质光谱辐射特性数值方法,分析了温度场已知的石英窗口在可见光波段的辐射特性。为充分研究光学窗口的光热耦合问题,本文通过有限体积法求解导热能量方程,结合非均质辐射数值解法,建立了物性随温度变化的光学窗口辐射导热耦合传热数值模型。针对变物性光学窗口的辐射导热耦合问题,本文分析了在不同辐射边界条件下,光学参数的温度变化关系对介质温度场和表面辐射特性的影响。结果表明,折射率随温度变化率增大会造成介质温度分布趋于均匀化,同时由于光线聚焦作用致使界面出射辐射能量逐渐提高。并且光热特性的变化趋势随光学厚度增大而减弱。