随着人类对世界探索的扩展与深入,所涉猎环境愈发复杂化和多样化,这对光电设备提出愈来愈多的挑战,传统理论所构建的仪器已趋于技术极限,人们进而研究开发新的技术,偏振技术便在近些年来应运而生。然而,相关技术研究不足却逐渐限制着偏振技术的发展,因此,亟需在关键技术研究方面有所进展。光在散射环境中传输时的偏振特性及其相关技术作为能够促进偏振技术发展的重要问题,近年来备受各国研究机构重视。在散射环境中,Mie散射环境普遍存在,诸如云、雾、浑浊水域等在可见光波段下均为Mie散射环境。当光在Mie散射环境中发生散射时,散射光线的光强通常在前向方向强于后向方向,而接收光强的大小作为实际应用的衡量指标之一,这促使探测、遥感、通信等领域尤为关心光的前向传输特性。同时,由于偏振特性是丰富、敏感且有规律可循的,将偏振特性用于表征光在Mie散射环境中的前向传输过程,这不仅能够从散射介质中提取良好的光信号,而且可反演出散射环境的属性,乃至对环境影响提前预估。因此,Mie散射环境中光的前向传输偏振特性在通讯、导航、探测等诸多领域备受重视且应用前景广阔。本文侧重研究Mie散射环境中光前向传输偏振特性的关键技术问题,研究的关键技术问题涉及评估方法、计算算法以及核心器件制作,在此基础上研究了光在聚苯乙烯悬浊液和复杂空气中的前向传输偏振特性。本文的研究内容主要为如下五部分:（1）提出一种散射偏振前向传输特性的评估方法提出描述光前向传输偏振状态的新方法。Stokes参量通常用于判别光前向传输的偏振状态,然而,Stokes参量与其所定义的六种特定偏振态之间的强度差值有关,致使Stokes参量和偏振态的变化呈现不完全相关,从而影响Stokes参量区分偏振态变化的可靠性。Stokes-Mueller计算方式通常用于判断光波偏振态的变化情况,但它通常描述光子的重组状态,难以判断每个光子偏振态的变化。为解决目前评估方式的不足,提出了能够描述前向散射光或前向散射光子偏振态变化的新参量RoPS,其含义为偏振状态保持率。当以光波形式传输时,RoPSlight规避了正交分量强度差值计算所引入的误差,RoPSlight相比Stokes参量具有更高的计算精度;当以光子形式传输时,RoPSphoton相比Stokes-Mueller计算方式更能够表征光子的偏振态变化。（2）优化改进偏振子午面蒙特卡洛法为解决偏振子午面蒙特卡洛法的计算结果与测试结果存在出入的问题,对偏振子午面蒙特卡洛法优化改进。原算法采集整个截面的前向散射光,但实际接收装置通常接收部分前向散射光,为此,改进算法限定了前向散射光的接收范围,限定的接收范围与实际接收范围一致。通过实验判定了改进算法相比原算法能够更好的匹配实测结果。（3）近红双层金属光栅的结构设计与制作为满足实验在宽波段开展所需,制作了一种近红外双层金属光栅。择选光栅的金属材料和基底材料,基于时域有限差分法分析了光栅占空比、光栅高度和光栅周期对光栅偏振性能的影响规律,确定了光栅结构参数。优化热纳米压印和紫外-热纳米压印的工艺参数,结合纳米压印工艺和热蒸镀工艺,制作了双层纳米金属铝光栅。测试了光栅性能,所制光栅具有良好的TM光（横磁波）透射率和较好的消光比,可满足实验在近红外波段开展所需。（4）聚苯乙烯悬浊液中光前向传输偏振特性的理论计算与实验验证变量可控的散射环境便于实验验证模拟规律,选取环境参量可控的聚苯乙烯悬浊液进行研究,研究光在聚苯乙烯悬浊液中前向传输偏振特性。研究分析了微粒粒径、波长、偏振光类型对光前向传输偏振特性的影响,并通过实验验证了模拟规律具有可靠性。（5）复杂空气环境中光前向传输偏振特性的理论计算与实验验证霾、雾、云、烟、沙尘等复杂空气环境普遍存在,研究复杂空气中光前向传输偏振特性具有广泛的应用价值。选取霾、雾、烟三种环境作为研究对象,其中,选取湿霾、辐射雾、平流雾三种水汽环境研究规律及其机理,辅以烟中实验进行验证。首先,研究了光在前向传输过程中的偏振态变化,着重探讨两个问题:一是偏振光在哪种波段具有更好的保偏性;二是哪种类型的偏振光具有更好的保偏性。然后,分析了模拟规律产生的作用机理。最后,设置光在烟中的前向传输实验,通过实验验证了模拟规律具有可靠性和一定的适用性。