电磁(光)波与手征介质及各向异性介质粒子的相互作用是当前国际研究热点,在微波天线、生物医学诊断、光学操控等领域有着广泛应用。对于矢量有形光束研究,目前主要集中在各种矢量有形光束场的产生、调控和传输及对均匀各向同性粒子的散射特性研究,对于手征及各向异性介质粒子与矢量有形光束的相互作用研究仍然具有重要的理论价值和应用前景。论文利用解析方法研究了手征及各向异性介质球对贝塞尔光束、高阶厄米-高斯光束、高阶拉盖尔-高斯涡旋光束及不同偏振的高阶贝塞尔涡旋光束的散射特性,并对高阶拉盖尔-高斯涡旋光束和不同偏振的高阶贝塞尔涡旋光束作用在介质球上的辐射力和扭矩展开研究,取得的主要成果如下:1.分别利用沿圆锥面的平面波叠加和矢量波方法推导了轴棱锥零阶贝塞尔光束、零阶和高阶贝塞尔光束的球矢量波函数展开形式。根据手征介质球的内场本征模展开及电磁散射理论研究了手征介质球对轴棱锥零阶贝塞尔光束和零阶贝塞尔光束的散射场。基于各向异性介质球的内场本征模球矢量波函数展开,研究了各向异性介质球对高阶贝塞尔光束的散射解析解。数值分析了轴棱锥零阶贝塞尔光束和零阶贝塞尔光束的半圆锥角、光束中心位置、手征参数及粒子尺寸等对散射强度角分布的影响;详细分析了高阶贝塞尔光束的拓扑荷、半圆锥角、斜入射角、各向异性介电参数和磁导率张量、尺寸参数等对单轴各向异性介质球的散射强度的影响。2.利用复源点方法和坐标旋转加法定理将高阶厄米-高斯光束在任意粒子坐标系进行展开,推导出任意坐标系下的球矢量波函数展开系数具体形式,详细讨论了不同模阶数的高阶厄米-高斯光束展开系数的收敛性。根据各向异性介质球的内场本征模展开及散射场的球矢量波函数展开形式,结合电磁场的连续性边界条件,得到单轴各向异性、等离子体和铁氧体各向异性介质球对任意方向入射的高阶厄米-高斯光束的散射解析解。给出了各向异性介质球内场寻常波和异常波两种本征模场分布。数值计算了高阶厄米-高斯光束离轴斜入射各向异性介质球的散射强度随光束模阶数、入射角、各向异性介电常数张量元、磁导率张量元、粒子尺寸、光束中心位置等参数的变化规律。3.基于高阶厄米-高斯光束的复源点展开方法及厄米多项式与拉盖尔多项式的转换关系,推导出高阶拉盖尔-高斯涡旋光束的球矢量波函数展开形式。结合电磁场切向连续边界条件,得到散射系数和内场展开系数表达式。研究了手征介质球对高阶拉盖尔-高斯涡旋光束的散射特性,给出了手征介质球的内场本征模强度分布。光束展开系数的收敛结果及与文献对比的散射结果验证了本文理论和程序的正确性。数值分析了高阶拉盖尔-高斯涡旋光束的径向模阶数、拓扑荷、束腰宽度、手征参数大小和正负及手征介质球尺寸等对散射强度分布的影响。4.研究了高阶拉盖尔-高斯涡旋光束对单轴各向异性介质球的散射特性、辐射力和扭矩变化规律。根据电磁散射理论,在高阶拉盖尔-高斯涡旋光束入射场、各向异性介质球内场及散射场的球矢量波函数展开基础上,应用连续性边界条件推导出散射场解析解。根据经典麦克斯韦电磁理论及动量和角动量守恒得到高阶拉盖尔-高斯涡旋光束对各向异性介质球的辐射力和扭矩表示为入射场和散射场展开系数的形式。数值分析了高阶拉盖尔-高斯涡旋光束的径向模阶数、拓扑荷数、各向异性介电参数和磁导率张量元、粒子尺寸等对辐射力和扭矩的影响。5.利用角谱展开方法得到线偏振、圆偏振、径向偏振、角向偏振和非偏振等不同偏振态下高阶贝塞尔涡旋光束的电场和磁场分量表达式。通过指数函数和连带勒让德函数的正交性推导出不同偏振态下高阶贝塞尔涡旋光束展开系数的积分表达式,研究了单轴各向异性介质球对任意偏振高阶贝塞尔涡旋光束的散射解析解、光束作用在粒子上的辐射力和扭矩。数值分析了不均匀偏振高阶贝塞尔涡旋光束的偏振模式、光束拓扑荷、各向异性介电参数、粒子尺寸等对散射强度分布、辐射力和扭矩变化影响。