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为研究偏振光子在自由空间的传播特性，将大气视作分层介质，提出了“虚粒子”的概念：它处于两层大气的分界面上，只改变光子的步长而不改变其传播方向和偏振态，从而建立了偏振光子的多层大气Mie散射模型。基于该模型，对偏振光子在多层大气中的传播过程作了MonteCarlo模拟。模拟结果表明，该模型可以清晰地揭示各种大气传输过程中光子偏振态的变化及其规律，因而能够为自由空间量子通信及其它基于偏振光大气传播的相关研究提供支持。