生物表面组织是多层介质，目前只有光在单层介质中传输的P3方程，本文给出了光在两层平板介质中传播的P3方程的时域解，编写蒙特卡罗模拟进行验证。结果表明P3时域方程与蒙特卡罗模拟符合很好，说明双层平板介质的P3方程正确地反映了光子在介质中的迁移。与扩散时域方程相比，在峰值位置附近，P3时域方程测量的反射率和透射率更加准确，在远离峰值时，P3方程与扩散方程结果一致。双层平板介质的P3时域方程扩展了P3方程的应用范围，可以替代扩散方程，也可以代替单层平板介质的P3方程，可以更好地研究光在生物组织中的传播过程。

传统的漫射方程均假设生物组织在纵向上是半无限厚的，横向上是无限大的。针对某些在横向上不是无限大的生物组织(如前臂和手指)，建立了一个任意多层矩形生物组织漫射模型，该模型假设生物组织在纵向上是半无限厚的、多层的，在横向上是个矩形。在矩形边界条件下，根据光在生物介质中传播的漫射方程，结合外推边界条件，建立并给出了光在半无限厚稳态多层矩形介质中的漫射方程的精确解，利用建立的模型计算了空间分辨漫反射，同时编写相应的蒙特卡罗模拟程序，验证方程的正确性。建立的方程不但能解决横向上是矩形的介质问题，还能解决横向上无限大、纵向上半无限厚的介质问题，更能解决在横向上x 或y 轴之一是无限大、另一个轴是有限大小的组织问题。

基于线性滤波器的解调法是通过探测两路光的光功率比值来确定外界温度和压力变化的。本文通过实验证明了在相同的温度或压力下, 随着光源总功率减少, 两路光的比值不相同, 从而影响了系统的稳定性。为了提高系统的稳定性, 对两路光功率的变化进行了分析, 找到了背景噪声是影响两路光比值变化的基本原因, 并对背景噪声进行了处理。实验结果表明, 处理背景噪声后的光纤布拉格(FBG)传感器在不同的温度环境下并改变光源功率大小时, 比值较恒定, 系统具有很好的稳定性。该修正方法同样适用于应变和压力等实验中系统稳定性的测量。

线性滤波器的 FBG解调原理是: 根据滤波光与参考光的比值和波长之间的关系来判断比值变化时引起的外界物理量的改变。传统的滤波解调系统中对波长和比值的关系按线性处理, 而线性滤波器的滤波曲线本身不是完全的线性。实验中, 理论上推导出比值和滤波器的透过率之间成正比关系。对温度和应变相对应的比值和波长进行分开处理, 应变为零温度发生变化时, 波长和比值在数据拟合时加入高次项按非线性处理。温度一定压力改变时对波长和比值按线性处理。拟合结果表明: 非线性拟合情况下波长与比值的曲线与滤波曲线相似度很高, 不同温度下对应的曲线上, 同一比值相对应的波长差相等。

实现了一种基于边缘滤波的 FBG解调系统，系统采用宽带光源、隔离器、分束器、 FBG、耦合器及边缘滤波器等光学元件，来采集变化的光信号，同时设计光电探测器进行光电信号转换及放大滤波处理，并采用 NI USB-6361进行数据采集，将模拟信号转换为数字信号，最后采用 Labview进行处理，最终得出所要测量值。

研究含肿瘤脑组织中的光分布对脑肿瘤的诊断治疗有重要意义。建立了适用于有限元模拟的二维模型,对带有肿瘤的二维脑组织中的辐射通量进行了模拟,并对不同大小和不同位置的肿瘤块引起辐射通量值的变化做了比较。结果表明：利用所建立的模型和编制的程序，可以有效地模拟光在含肿瘤的多层脑组织中的分布。有限元法是模拟复杂组织内光分布的有效方法，对组织结构及性能的认识有重要意义。

用Monte-Carlo模拟了波长为515 nm的激光光源在空气-肺-空气层样品结构中的传播,详细地讨论了面光源分别为高斯光束和圆平面光束在不同光束半径情况时的光能流率和漫反射强度的分布情况,并与波长635 nm激光光源的结果相比较.结果表明:不同波长光源在相同模型中传播,其光能流率分布和漫反射强度的分布走向相同,激光光斑形状和光束半径大小的选择对激光在组织中传播有重要的影响作用,但比较模拟结果之后,发现在生物组织中近红外光波相对其他光波的穿透性比较强,更便于生物医学以及其他领域的研究.

分析了光在多层不匹配折射率介质中的漫射方程,给出了精确的漫射方程解.用蒙特卡罗方法检验了稳态的漫射方程.通过与多层介质的空间分辨漫反射蒙特卡罗方法的比较,验证了方法的正确性.讨论了有限尺寸光源和折射率的变化对空间分辨漫反射的影响.实验结果表明,折射率的变化对漫射的影响会因折射率的不同而不同,折射率在1.35～1.45之间变化时,最大误差为7%.

建立了匹配介质的n层半无限厚频域方程的解，并对频域进行傅里叶变换，计算出时域方程的时间分辨漫反射(Time－resolved Reflectance)．为检验漫射模型的准确性，将时间分辨漫反射与蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟结果进行了比较，结果表明两者符合得很好．研究表明：该时域漫射模型可以判断生物组织和病变的光学特性．

生物体的表面组织是一个不匹配的多层介质,大多数研究人员研究匹配介质的漫射方程,将组织表面看作折射率相同的介质。为更好的理解光在生物体内的传播,建立了不匹配条件的三层半无限厚频域方程的解;并对频域进行傅里叶变换,计算出时域的时间分辨漫反射。为了验证此的理论,使用蒙特卡罗方法进行仿真研究,结果表明该理论研究不仅和蒙特卡罗方法高度一致,而且还可以解决两层不匹配介质模型。