随着工业的发展,粉尘颗粒的排放对环境污染造成了严重影响,因此对于粉尘颗粒的浓度、颗粒大小的测量技术成为研究热点。工业粉尘的成分多种多样,以二氧化硅为主要成分的粉尘颗粒占有很大的比重,本文以球形二氧化硅颗粒为模型对其光散射特性进行了研究。本文首先给出了二氧化硅粉尘颗粒的折射率随波长的变化关系,以氦氖激光器为入射光源,利用米理论研究了单个粉尘颗粒的光散射特性,计算了不同尺寸粉尘颗粒的散射强度,以及消光系数、散射系数随尺寸参数的变化。由于粉尘颗粒群的粒径是非单一的,而是服从一定尺寸分布的,因此需要计算整个颗粒系光散射特性,本文假设粉尘颗粒系的尺寸分布服从伽玛分布,计算了整个颗粒系的单次散射相矩阵,平均消光系数、不对称因子等元素随尺寸参数的变化。利用蒙特卡罗方法研究了激光与粉尘的多次散射特性,计算了粉尘颗粒的散射光强随粉尘浓度的变化曲线,计算结果表明,当粉尘浓度高于1600mg/cm~3时必须要考虑多次散射的影响,以陶瓷工业为例,在生产过程中很多作业场所产生的粉尘浓度都高于此值,因此对这些粉尘利用光散射法进行测量时,利用单次散射会引起很大误差。在利用蒙特卡罗方法进行多次散射模拟时,假设入射光为无限窄准直光束,即不考虑光束的形状,若只考虑散射光随角度的变化,这种假设可以推广应用到平面波入射的情况,研究了不同尺寸参数和光学厚度下粉尘颗粒反射和透射函数随散射角的变化曲线,研究表明,光学厚度越大,反射越强,透射越弱;对于相同的光学厚度而言,粒子的尺寸参数越大,反射越弱,透射越强。由于激光光斑具有一定的分布,因此在研究了无限窄准直光束为光源入射的基础上,研究了高斯形和圆形激光束入射时,粉尘颗粒的多次散射特性,研究结果表明,反射函数和透射函数对激光光束的形状敏感,对于相同的粒子有效半径和光学厚度来说,激光光束的束腰半径越窄反射函数和透射函数随径向的能量越集中,反之则越离散,对于相同的粒子有效半径不同光学厚度的粉尘来说,光学厚度越大,反射光强越强,透射光强越弱,对于相同光学厚度,不同有效半径的粉尘来说,有效半径越大反射光强越小,透射光强越强。本文的研究为应用基础研究,针对利用激光对较高浓度粉尘颗粒测量问题进行了深入研究,研究结果对利用光散射理论进行粉尘颗粒测量系统优化和改进提供理论支持。