首先从理论上推导准相干或宽带光照明下空间光干涉光场的分布,由此可得准相干或宽带光照明下的四步相移法。其次,通过搭建绿光空间光干涉显微镜(SLIM)系统,以直径为6 μm的聚苯乙烯微球分散于显微镜物镜用油模拟细胞的微环境。最后,利用4幅SLIM图像成功重建出油浸微球的相位分布,平均半径相对误差为6.5%,光程差体积相对误差为8.4%。由于相干光的四步相移法和宽带光的四步相移法重建结果相差较小,因此,在追求成像速度的场合且细胞厚度较小时,可不对四步相移法进行修正,以加快相位重建的速度。

基于血管弹性成像原理,利用光声成像技术测量不同压力作用下血管内径的变化情况,通过建立光声信号的时域特征模型,计算用于分析血压-管径特征关系的信息,再结合希尔伯特变换等数字信号处理方法进行分析,由此获得了组织中弹性力学性质的空间分布情况。实验结果表明:压力、血管管径与光声信号峰峰值的时间间隔呈单调递增的关系,该技术可用于快速、实时地检测血管直径的变化,为光声成像技术实现非侵入式动态血压测量提供了理论依据。

光声成像技术通过检测光声效应中的超声信号,克服了光在生物组织体传输过程中的强散射作用,突破了传统光学成像的成像深度浅以及声学成像的对比度低的局限,在早期癌症检测中具有广泛的应用前景,有望成为肿瘤的诊断、定位、分期和治疗的有效手段。主要阐述了光声成像技术原理及其在早期癌症检测和治疗中的国内外临床应用研究现状,展望了光声成像技术在生物医学的应用潜力,分析了其未来的发展趋势和局限性。

光声成像技术是近年来兴起的前列腺早期检测与成像的新技术。前列腺组织的结构特征需要一种无创的且光穿透深度足够大的光声激发方式。本文设计了一种可用于经由尿道对前列腺光辐照的侧向光源, 并结合直肠处长焦区聚焦式超声换能器的光声探测展开了前列腺仿体的光声扫描成像。结果表明, 侧向光源有利于单侧吸收体的定位和成像, 具有较好的成像范围和深度, 结合侧向光源的旋转可实现全方位成像。因此该侧向光源有望成为早期前列腺肿瘤光声成像技术中一种新型的光源结构, 具有重要意义。

弹性成像技术是以软组织的杨氏模量、剪切模量、应力与应变等弹性参量为成像对象的技术。伴随着光学相干层析成像(OCT)的发展，光学相干弹性成像(OCE)由于其微米级别的分辨率，实时的图像处理以及非侵入式成像得到人们的青睐。综述了OCE 的分类以及当今主流的几种OCE 技术及其弹性图像重构的问题。探讨了OCE 中施加机械负载方法和位移估算、应变估计的方法。OCE 对检测组织临床上和病理上的机械特性拥有强大的潜力，特别是在诊断癌症，心血管疾病和眼科疾病上。总结了OCE 研究和发展状况，并对其发展前景进行了展望。

近年来，定量相位成像技术在生物组织及细胞成像方面受到广泛的运用。定量成像技术最初采用的光源主要为激光和超发光二极管，如今主要采用白光成像，它可以克服散斑的影响，提高轴向分辨率。介绍了低相干测量技术相关原理，利用16 阶二元相位光栅衍射的方法实现了对Holoeye Pluto 数字电寻址式液晶空间光调制器(SLM)绿光伽马校正，从而得到了相位与灰度之间的线性关系。搭建实验装置，在同一光路中完成伽马校正与定量成像。计算出奥林巴斯的20×物镜相衬环的实际大小，制作相位分别为0，π/2 ，π 和3π/2 的相位环光栅。加载相位环光栅到液晶空间光调制器上完成对散射光的相位调制。确认了绿光可运用于空间干涉显微(SLIM)调制，并初步实现了SLIM观察，对今后SLIM 研究具有一定的意义。

提出一种基于液晶空间光调制器对涡旋相位进行相位恢复的方法，这有别于传统相位恢复算法。实验中利用液晶空间光调制器产生光学涡旋，再利用CMOS 摄像头来捕捉涡旋光斑。采用改进的GS 算法对系统相位进行恢复，算法中入射液晶面光振幅与随机输入相位结合进行迭代计算恢复液晶波阵面。因为程序经过多次迭代计算均恢复出涡旋相位，故证实该方法可进行相位恢复。通过计算得出系统的像差，同时利用泽尼克多项式对系统像差进行了定量分析。

纯相位型液晶空间光调制器是应用较广的高精度光学仪器。使用Holoeye 产家推荐的双孔干涉测量法可使16 阶闪耀光栅的1 级光衍射效率达到80%。但需要滤波、准直、扩束等细致工作，耗时较长。运用二进制相位光栅衍射法可以简化修正过程。实验中每隔10 个灰度值测一个点，利用Matlab 做线性内插扩展到255 灰度。使16 阶闪耀光栅和二进制光栅的1 级光衍射效率最终达到产家目录给出的83%和40%。修正结果证明5-5 序列配置的HoloeyePluto 的液晶光阀在平均调制相位稳定的基础上，衍射法校正相位调制特性不受闪烁影响，且简单可行。

纯位相型空间光调制器可广泛用于各种精密光学工程，而正确使用纯位相型的空间光调制器的前提是正确的伽马修正。针对新型的Holoeye Pluto空间光调制器,简单地使用双孔干涉法和Webcam进行了成功的伽马修正。修正的结果使得8阶的闪耀光栅和16阶的闪耀光栅的1级光衍射效率分别达到70%和80%；同时利用涡旋位相图较好地生成了对像差及液晶的位相偏差较敏感的LG01环形光束。测量了该型液晶的位相稳定性，得出位相的波动上限或平均标准偏差为2.43°。

信号衰减问题在许多领域都备受关注，在光声成像系统中各种原因引起的信号衰减同样在很大程度上影响了系统的成像质量以及成像深度。从组织光学、声传输与接收等方面讨论了长焦区光声成像系统中引起信号衰减的因素及其特点，并在此基础上提出相应的补偿策略。补偿策略考虑到光声形成与传输过程中的光衰减与声衰减两方面因素对光声信号的影响，实现了从光与声两方面对检测信号综合补偿。信号补偿实验分别从模拟样品补偿成像与离体甲状腺成像展开。实验结果表明，补偿策略能够较好地对光声信号进行补偿，从而提高了系统的成像深度及成像质量。