近年来,火星探测成为各国深空探测最热门的研究课题之一,而火星沙尘环境成为影响火星光学探测的主要因素。本文主要研究火星复杂大气环境中沙尘对偏振光传输特性的影响,为未来改善火星光学探测和无线激光通信系统的性能提供理论支撑。本文主要分四部分:第一部分重点分析火星沙尘环境的物理特性,包括复折射率、大气密度、粒径分布等,并将其与地球环境进行对比,说明火星环境易发生沙尘暴的原因以及火星沙尘暴的独特性,它是研究激光在火星沙尘暴环境中传输特性的基础。第二部分研究单个非球形火星沙尘粒子的光谱散射特性,包括单次散射反照率、散射相函数等光学特性参数;而第三和第四部分以多次散射为主,基于服从对数正态分布的火星沙尘粒子,研究非偏振光和偏振光的传输特性。具体计算得出的结论主要有以下几点:（1）非球形与球形火星沙尘粒子的消光效率因子和散射效率因子存在较大差异,二者之间的差值最大达到了 2.77635和2.76728,而切比雪夫粒子（n=2）的散射特性与球形粒子的最接近。除此之外,非球形火星沙尘粒子的透射率和衰减效率（随波长、粒子数浓度和高度）的变化趋势与球形的基本一致,并且其尺寸的比值越接近于1时,与球形粒子越相似。（2）利用Monte Carlo分层方法,将火星复杂大气进行分层计算,并与不分层计算的结果进行对比。分层与不分层计算出的结果差异性很大,整体而言,不分层计算出的透射率都比分层计算出的透射率大,这是因为不分层的时候,没有考虑粒子数浓度随高度的变化,而且忽略了每一层的边界状况,所以不分层时计算的透射率更大,但是这个结果相比分层也是不精确的。除此之外,可以看出在所选的这几种波长下,7.46μm对应的透射率是最大的,说明该波长是最适合火星环境下激光通信的。（3）利用Monte Carlo模拟方法,研究偏振光在火星复杂大气环境中的传输特性。粒子数浓度越大或传输距离越远时其退偏越明显。以0.55μm的波长为例,计算得到:有效粒径越小,退偏越严重,风速15.3m/s和1.7m/s对应的退偏度相差将近两个数量级。另外,由于波长7.46μm时激光的散射系数和吸收系数都较小,所以它在火星沙尘中传输时偏振保持性更好。而波长0.66μm激光的吸收系数最小,因此在火星沙尘中传输时垂直方向和水平方向的强度衰减最慢。最后,将火星大气层在垂直方向上进行分层并计算了水平偏振光在垂直方向上传输时的偏振特性。