1、大量的工業(yè)過程（如燃燒、流體、化學(xué)反應(yīng)等）、大氣測(cè)量、環(huán)境檢測(cè)等許多領(lǐng)域要求對(duì)微小粒子的形狀、濃度、光學(xué)特性及尺寸分布進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測(cè)量。作為粒子光散射研究中的一種近似算法，幾何光學(xué)近似方法（Geometrical-optics approximation，簡(jiǎn)稱GOA）具有計(jì)算速度快，程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算大尺寸粒子和非均勻粒子的散射強(qiáng)度時(shí)尤其明顯，因此GOA方法在粒度在線測(cè)量中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，對(duì)于一些結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的粒子，在嚴(yán)格

2、的電磁散射理論求解困難時(shí)，幾何光學(xué)近似方法可以相對(duì)簡(jiǎn)單地得到其散射強(qiáng)度分布。本文將在均勻球粒子GOA方法的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究梯度折射率球粒子對(duì)平面波和在軸高斯波束散射的GOA方法；利用光線追跡方法研究均勻橢球粒子的幾何光學(xué)彩虹角；開展了非同軸無限長(zhǎng)柱光散射的GOA方法研究。本文主要研究工作和成果如下： 1．在均勻球粒子散射GOA方法基礎(chǔ)上，總結(jié)了具有一定普遍性的GOA方法算法實(shí)現(xiàn)流程；研究了粒子光散射理論中的散射角間隔選擇方法，基

3、于這種方法給出了GOA方法中的最大入射角間隔計(jì)算公式，提高了GOA方法的計(jì)算效率。 2．推導(dǎo)了梯度折射率球粒子對(duì)平面波散射的GOA方法，選擇了合適的數(shù)值算法有效地解決了散射角公式和光程公式中的奇異積分問題；針對(duì)兩種典型的折射率模型，分別研究了前向散射GOA方法的有效范圍；比較了Mie理論、Debye級(jí)數(shù)和GOA方法的計(jì)算速度。在此基礎(chǔ)上，利用GOA方法計(jì)算了梯度折射率球粒子對(duì)平面波全角度散射強(qiáng)度分布。 3．將梯度折射率球

4、粒子對(duì)平面波散射的GOA方法擴(kuò)展到在軸高斯光束入射的情況。對(duì)于梯度折射率球粒子，推導(dǎo)出了高斯波束入射情況下的散射角和相位公式，給出了算法流程，得到了各階散射光線在特定角度的散射振幅函數(shù)；最終得到了在軸高斯波束入射梯度折射率球的散射強(qiáng)度分布。 4．基于光線追跡方法，推導(dǎo)了適用于任意長(zhǎng)短軸之比橢球的光線追跡公式，研究了平面波正入射和斜入射到長(zhǎng)短軸比較大橢球的條件下一階幾何光學(xué)彩虹角隨著長(zhǎng)短軸比的變化關(guān)系。研究結(jié)果表明，對(duì)于平面波入射