气溶胶颗粒物通过同时散射和吸收来自太阳的辐射和地球发出的红外辐射影响着行星天气、气候、地气热收支平衡,还会降低能见度和影响人类健康。气溶胶颗粒物的散射特性一直是研究的热点。气溶胶散射特性的研究和探测对于天气预报、气候模拟预测、环境监测、遥感应用等都能产生积极的作用。研究人员发展了许多理论算法来计算气溶胶颗粒物的散射特性,然而对于非球形颗粒物而言,这些算法均有各自的局限性。从20世纪60年代起,用散射浊度计方法来测量气溶胶颗粒物光散射特性的实验方法一直方兴未艾。然而现有的浊度计设备普遍存在着能测量的散射矩阵元数目较少,精度不高等问题,或是需要对样品气溶胶颗粒物进行前处理等操作,导致测得的散射特性和实际颗粒物散射特性存在一定偏差。本论文研究试图改善这些仪器的不足,主要研究和讨论了利用偏振技术测量气溶胶颗粒物散射矩阵以及应用该技术研制大气颗粒物偏振浊度计的问题。主要研究工作和创新点归纳为以下几点:(1)调研和分析了国内外散射测量技术的优缺点,论证了用扫描偏振测量的方式,直接测量气溶胶颗粒物总体平均散射特性方法的优势。(2)完成了大气颗粒物偏振浊度计各分系统和整机光机结构的设计。基于条件数的方法,提出了一种新的Stokes矢量测量仪最优角度配置方案。该方案在无需提高光学元件和电子学元件等级的情况下,明显降低了间接测量量对于直接测量量误差的敏感性。完成了超低杂散光气体池的设计及分析,提出了一种锥形圆环结构光陷阱设计方案,克服了现有光陷阱入光口较小的问题。(3)设计并实现了高精度大气颗粒物偏振浊度计,实现了气溶胶颗粒物总体平均散射矩阵全矩阵元原位无损测量的效果。对各部分关键参数进行了定标测试,完成了仪器测量数据的分析处理。通过测量N2散射矩阵对大气颗粒物偏振浊度计整机杂散光抑制水平进行了定性验证,通过测量DEHS油滴球形颗粒物散射矩阵对整机散射矩阵测量精度进行了定量化验证。结果表明,大气颗粒物偏振浊度计颗粒物散射矩阵元整体测量误差平均值优于0.01,整体误差绝对值平均值优于0.025,达到了国际先进水平。