大量的工业过程(如燃烧、流体、化学反应等)、大气测量、环境检测等许多领域要求对微小粒子的形状、浓度、光学特性及尺寸分布进行快速准确的测量。粒度分析的光散射法以其快速、非接触测量等优点日益受到人们的重视。本论文系统的研究了非均匀粒子的光散射特性和折射率分布测量方法。其主要工作和成果如下：1．详细推导了无限长非均匀介质圆柱对垂直入射平面波的散射理论；在非均匀球粒子对平面波散射场改进算法的基础上，提出了无限长非均匀介质圆柱对垂直入射平面波散射场的改进算法；与已有算法相比，该算法所能计算的粒子的尺寸参量超过10~4，粒子的分层数可达到10~6，计算复杂度减小，相同参量所用的时间明显缩短。该算法可以计算吸收、无耗的均匀、非均匀粒子，并且适用于光波、微米波和毫米波段及不同的测试领域。2．推导了无限长非均匀介质圆柱对任意方位斜入射平面波的散射理论；提出了计算其散射场的改进算法；用Intel Pentium 4，CPU 2.93 Ghz，512M内存的计算机，该算法所能计算的粒子的尺寸参量超过10~4，粒子的分层数可达到10~6，计算时间明显缩短；研究结果表明该算法的计算能力还与计算机内存大小有关系。该算法为利用彩虹法进行非均匀粒子的粒度测量提供了更多信息。3．利用非均匀粒子的Lorenz-Mie理论和几何光学理论研究了非均匀球、柱粒子的彩虹特性，针对特定折射率分布的粒子存在不同阶次彩虹的相干现象特点，利用低通、带通滤波和IFFT方法，将各阶彩虹从相互干涉的强度分布中分离重建出来；利用非均匀粒子的Lorenz-Mie理论和Debye级数分析了分层粒子的多重一阶彩虹现象，为非均匀粒子尺寸参量和折射率分布的测量提供了重要的理论基础。4．利用非均匀柱粒子的Lorenz-Mie理论和Debye级数展开式，模拟了梯度折射率聚合物光纤的彩虹强度角分布，结果表明彩虹强度分布与折射率分布有关；详细讨论了一阶、二阶彩虹的各个Airy峰角位置随折射率分布指数因子和表面折射率变化的关系；基于非均匀粒子的彩虹强度分布与折射率分布的关系，利用最小二乘法对非均匀粒子的折射率分布进行了反演；最后给出了激光彩虹测量系统和简单的实验数据，并与理论模拟结果进行对比。5．系统地解决了吸收介质中非均匀柱粒子对垂直入射平面波的散射问题，包括散射场、散射截面、消光截面的解析解，提出了快速、有效的计算方法；数值模拟了均匀、非均匀圆柱的散射矩阵，并与已有文献发表结果对比。