利用颗粒的光散射特性获取颗粒信息，具有非侵入式和非破坏式测量、测量速度快、重现性好等突出优点，在各行业中有广泛应用。例如对于海洋浮游植物的研究，光散射法是一种重要手段。本论文构建了几种典型的弱散射颗粒模型，对其散射特性做了研究；然后开展颗粒逆散射问题的研究，提出了基于衍射层析理论的微小颗粒形状及尺度反演方法，设计了实验测量装置，并进行了数值实验；在理论研究的基础上，设计了一套在线水中颗粒体散射函数测量系统，并实现了对样品颗粒的体散射函数测量。本论文为研究海洋浮游微生物及其他弱散射颗粒提供了新的方法。　　根据海水中浮游植物结构特征，论文使用离散偶极子近似方法，对具有代表性的浮游植物光散射场进行了理论计算。对计算结果的分析发现，对于尺度与入射光波长相比拟的弱散射颗粒，入射光的偏振性质显著影响其散射光强分布；当入射光是线偏振光时，各散射面上的光强分布均不相同。有核细胞散射体模型的方向、粒度、内部结构对偏振光散射光强分布都有影响。因此可以根据线偏振光入射下的散射特征，对浮游植物和其他生物细胞进行鉴定、研究。　　现有的颗粒粒度分析方法主要针对球形颗粒，对于非球形颗粒，往往将其近似为等效球体。论文通过研究衍射层析理论，提出了一种利用单波长散射光角分布，反演单个颗粒粒径和形状的方法，并对球形和椭球形、圆柱形等非球形颗粒分别开发了反演算法。进行了大量的数值仿真实验，证明论文提出的逆散射算法可以在适度噪声存在的情况下，准确的反演与入射光波长在同一数量级的弱散射球形颗粒直径，或反演弱散射非球形颗粒的形状和大小。　　由于衍射层析理论需要知道散射场的振幅和相位信息，而光场相位难以测量，论文还提出了仅利用散射光强分布反演颗粒粒径的方法。在衍射层析理论的基础上，结合相位复原算法，采用误差递减法，通过多次迭代，复原散射场相位信息和散射颗粒的形状与尺度信息。对弱散射球形颗粒做了数值仿真实验，反演结果与颗粒实际粒径相符。　　在理论研究的基础上，论文设计了一套水中悬浮颗粒体散射函数的在线测量系统。系统利用抛物面反射镜收集三维空间中的散射光，并将其映射到二维平面上，由 ICCD接收，因此能快速的测量大角度范围内的散射光强分布；系统采用光电探测电路来探测水中颗粒，并通过信号发生装置触发 ICCD；测量数据经计算机处理，可以对颗粒形状尺度进行反演。论文搭建了一套颗粒体散射函数测量装置，对标准颗粒试样的散射光强分布进行了测量，实验数据经处理后得到了与理论计算吻合较好的实验结果。