激光在海水传输过程中，接收视场逐渐增大、多次散射逐渐增强，导致叶绿素剖面反演误差较大。针对该问题，以反向传播（BP）神经网络为基础，建立了一个激光雷达回波信号反演叶绿素a浓度剖面的模型。数据集中包含标签-叶绿素a浓度与特征-激光雷达回波信号剖面。获得激光雷达回波剖面后，为了增强输入特征，使用随机抽样一致（RANSAC）算法剔除噪声，完成数据集搭建，进而以不同层网络的均方误差确定模型结构。反演结果显示：相比于传统的利用后向散射系数反演叶绿素浓度的方法，基于激光雷达回波的BP神经网络叶绿素剖面反演算法在验证集上的相对误差、均方根误差、平均误差分别降低了34%、0.363 mg/m³和0.213 mg/m³，相关系数提高了0.18。传统方法在50 m深度水体的叶绿素浓度相对误差为39%~93%，基于神经网络的剖面反演算法对应的相对误差为17%~36%，反演精度具有较大提升。对于实测数据，LIMC-BPNN反演结果的相对误差为13%。结果表明，相比于传统叶绿素反演方法，基于深度学习的叶绿素剖面反演算法能够有效提取激光雷达回波特征，得到更好的反演结果。

为实现对全球气溶胶光学参数剖面的高精度测量，采用基于碘分子滤波器的高光谱分辨率探测技术。结合欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的大气再分析数据集（ERA5）的温度和压强数据，选取在轨期间途经撒哈拉沙漠和加拿大山火区域的星载高光谱分辨率激光雷达（HSRL）的观测数据，对沙尘类气溶胶和烟尘类气溶胶的光学特性进行分析，包括气溶胶的后向散射系数、消光系数、退偏振比和雷达比。结果表明：撒哈拉沙漠地区近地面5 km以内的气溶胶分布主要以沙尘类气溶胶为主，其退偏振比集中在0.2~0.4，雷达比数值集中在40~60 sr；加拿大山火地区的气溶胶主要以烟尘类气溶胶为主，其退偏振比集中在0.02~0.15，雷达比在50~70 sr范围。激光雷达特有的高光谱探测技术，在气溶胶和云的精细化探测和分类方面具有重要应用，将在环境监测中发挥重要作用。

采用COMSOL Multiphysics软件对不同结构组织中的声光作用过程进行仿真，讨论轴向和径向的光分布特点以及单层和多层组织光学参数对声光信号的影响。仿真结果表明：入射光束的大小对轴向和径向光的衰减速度以及轴向能流率峰值出现位置均产生影响；声光信号的峰峰值、平均值以及调制深度均随单层组织光学特性的改变而规律性变化；对于多层结构，声光信号的调制深度仅取决于靶组织的光学特性，与非靶组织的光学特性无关。

针对目前临床上尚缺乏有效可行的烧伤程度精准诊断的难题，本课题组研究了基于空间频域成像的烧伤程度无创定量评估方法。本课题组通过基于单次快照多频解调方法的空间频域成像技术，实时、大面积、高分辨地反演出了与烧伤组织结构、生理特性紧密相关的光学参数(吸收系数与约化散射系数)，并结合系统聚类方法与多参数降维分析，提高了烧伤程度分类的准确性，缩短了分类时间。鼠烧伤模型的实验结果表明：动态监测光学参数的变化趋势可以显著区分出三种不同的烧伤程度，系统聚类分析缩短了分类时间，基于主因子的多参数降维分析表现出了更强的抗干扰性。本文方法为临床烧伤的早期诊断提供了一种极具潜力的实现途径。

Intracranial hypertension is a serious threat to the health of neurosurgical patients. At present, there is a lack of a safe and effective technology to monitor intracranial pressure (ICP) accurately and nondestructively. In this paper, based on near infrared technology, the continuous nondestructive monitoring of ICP change caused by brain edema was studied. The rat brain edema models were constructed by lipopolysaccharide. The ICP monitor and the self-made near infrared tissue parameter measuring instrument were used to monitor the invasive intracranial pressure and the reduced scattering coe±cient of brain tissue during the brain edema development. The results showed that there was a negative correlation between the reduced scattering coe±cient (690nm and 834nm) and ICP, and then the mathematical model was established. The experimental results promoted the development of nondestructive ICP monitoring based on near infrared technology.

The research findings of the phase composition, nanostructure and optical properties of strontium–barium niobate thin films are discussed. SrxBa1−xNb₂O₆ nanosized films (x = 0.5 and 0.61) were characterized by XRD, SEM and AFM studies. Reflective multi-angle ellipsometry and spectrophotometry were used to determine the optical parameters (refractive index, its dispersion, and thickness of the damaged surface layer) of thin films. It was shown that SBN-50 and SBN-61 thin films were grown c-oriented on Al₂O₃ (0001) and heteroepitaxial on MgO (001) substrates. The increase of refractive index, approaching its maximum value in the bulk material for a given composition as the film thickness increases, is observed.The research findings of the phase composition, nanostructure and optical properties of strontium–barium niobate thin films are discussed. SrxBa1−xNb₂O₆ nanosized films (x = 0.5 and 0.61) were characterized by XRD, SEM and AFM studies. Reflective multi-angle ellipsometry and spectrophotometry were used to determine the optical parameters (refractive index, its dispersion, and thickness of the damaged surface layer) of thin films. It was shown that SBN-50 and SBN-61 thin films were grown c-oriented on Al₂O₃ (0001) and heteroepitaxial on MgO (001) substrates. The increase of refractive index, approaching its maximum value in the bulk material for a given composition as the film thickness increases, is observed.

黏膜组织病变多起源于浅层上皮组织,因此研究亚扩散域的空间分辨漫反射光谱分布特性对于黏膜组织早期病变识别具有重要意义。在亚扩散区域,除了吸收系数μ_a与约化散射系数μ'_s外,二阶散射定向因子γ对组织漫反射率也有较大影响。为实现三个光学参数的同时定量反构,面向实际应用基于光纤几何和Gegenbauer-kernel (GK)相函数的蒙特卡罗模拟建立正向数值模型,采用3D查表(3D-LUT)法和反向传播神经网络 (BPNN)反构光学参数,然后进行数值模拟和仿体实验验证。数值模拟结果表明,3D-LUT和BPNN两种方法反构的光学参数均具有较小的误差,但相比于3D-LUT方法,BPNN方法的反构准确性更高、计算速度快且具有更好的抗噪声能力。仿体实验表明,在实验系统噪声影响以及仿体测量校正存在误差等情况下,两种方法仍可有效地反构三个光学参数,从而证明了本研究所提方法的可行性和有效性。

黏膜组织病变的早期发现及治疗对于预防黏膜癌变尤为重要。为实现黏膜组织光学参数的准确测量,设计了一套具有无创测量、方便快捷等特点的亚扩散域空间分辨漫反射测量系统。该系统通过采集多波长、多源-探距离下的空间分辨漫反射光,实现了亚扩散域漫射光谱的检测,并结合数字锁相检测技术,提高了抗噪声和抗串扰的能力。系统性能评估实验验证了系统具有良好的稳定性、线性度、抗频率间串扰能力以及很强的环境光抑制能力。为进一步验证所设计的系统,采用可模拟黏膜组织的仿体进行了实验,通过基于蒙特卡罗模拟建立的正向数值模型,结合查表法实现了三个光学参数(吸收系数、约化散射系数和二阶散射定向因子)的同时定量反构,进一步验证了系统的可行性和有效性。

为实现对气溶胶光学参数的大范围、高精度、定量化探测,使用一套基于碘分子滤波器的机载高光谱分辨率激光雷达(HSRL)系统开展飞行实验,同时在地面设置辅助验证观测站。实验研究了秦皇岛地区的气溶胶变化趋势、不同下垫面类型下的气溶胶分布以及秦皇岛气溶胶光学厚度(AOD)的高值地区,并将HSRL系统反演的AOD数据与地面站点的太阳光度计和卫星遥感器测得的数据进行对比分析,三者相关性优于0.95。结合地面气象数据和机载观测数据,对不同飞行天次下秦皇岛地区的污染物来源以及城镇、山地、海洋等不同下垫面类型下的气溶胶光学参数分布特征进行分析,包括气溶胶后向散射系数、气溶胶消光系数、雷达比、色比和退偏比。结果表明:城镇地区的大气低层中以生物质燃烧和工业产生的气溶胶为主,海洋地区大气低层中以污染型海洋气溶胶为主,山地地区大气低层中的粒子尺寸较大,以污染型沙尘粒子为主。