针对国内尚没有大角度范围的水体颗粒偏振体散射函数测量仪的问题，基于潜望镜式光路结构与旋转偏振探测器的探测方式，建立了水体颗粒偏振体散射特性测量系统，验证了采用半衰片胶合方式的出射棱镜对大角度偏振体散射特性测量的适用性，实现了10°~170°范围内3×3水体颗粒散射穆勒矩阵的测量。对系统开展了角度、幅值及偏振标定，根据系统结构和水下传输原理进行了散射光程归一化和水下衰减矫正。实验结果表明，3 μm直径聚苯乙烯标准颗粒测量结果与理论计算值吻合良好，证明了该套系统的可靠性。同时在千岛湖自然水体对该套系统进行了测试验证，获得的水体颗粒物10°~170°范围内3×3水体颗粒散射穆勒矩阵测量结果表明偏振体散射特性能够提供更丰富的颗粒特性信息。

搭建了一种大口径反射式物镜的穆勒矩阵测量系统，建立了该测量系统受温度影响的数学分析模型，推导出对应的系统参数求解方程，获得准确的系统参数，最终实现三反物镜的穆勒矩阵测量。通过对延迟器进行温度测量和补偿，提升了测量结果的准确性，得到三反物镜的双向衰减和相位延迟量，与CODE V仿真理论值基本吻合，分别差0.0002、0.5211°。利用所提方法测量的穆勒矩阵各因子的合成标准不确定度≤0.0006，对相机偏振测量精度的影响≤0.0038@ p=1.0（p为偏振度），因此所提方法可作为一种高精度的偏振定标方法。

偏振光学成像是一种非标记、无损伤的检测技术，对亚波长微观结构的变化比较敏感，可以提供丰富的组织结构和光学信息。然而，在可见波段范围内，生物组织是强散射介质，光在组织中传播时会经历多次散射，失去原本携带的相位和偏振信息，从而影响光学成像的对比度和分辨率。本团队结合空间频域成像和偏振光学成像方法，搭建了偏振空间频域成像系统。通过高频空间频域成像控制照明光的穿透深度，利用穆勒矩阵表征样品浅层的偏振参数，进而反映样品浅层的微观结构信息。实验结果显示：偏振空间频域成像系统测得的灰阶板漫反射率与标准值线性相关（R²=0.99988）；退偏系数与脂肪乳体积分数成正比关系，二向衰减系数随二向衰减器导致的二向衰减增大而增大；该系统可以准确测量四分之一波片和全波片的相位延迟，表明该系统可以准确测量样品的偏振参数。对比传统偏振光成像和偏振空间频域成像结果可以发现，偏振空间频域成像可以有效控制成像深度，精确测量样品浅层的穆勒矩阵。采用该系统对烧伤猪皮进行检测，测量结果显示：猪皮组织内部的胶原蛋白结构被破坏，相位延迟降低。本研究结果预期能够有效提升浅层组织偏振特性检测的准确性，促进肿瘤的早期检测。

穆勒矩阵反映了物体对光波偏振特性的影响，包含大量的物体表面信息。采用基尔霍夫近似法分析了二维随机粗糙面的散射场和散射穆勒矩阵，数值模拟了入射角和相对粗糙度变化时铜、铁、镍、玻璃、铌酸锂的散射穆勒矩阵。仿真结果表明，金属和电介质的穆勒矩阵存在明显差异：随着入射角的增大，金属和电介质的m01、m10、m22、m33参数变化幅度分别小于30%和大于80%；随着相对粗糙度的增大，金属和电介质的m00、m11、m22、m33参数变化幅度分别超过60%和小于20%；金属的m23、m32参数随入射角的增大而增大，随着相对粗糙度的增大而减小，而电介质的m23、m32参数始终为0。这些差异可用于识别金属和电介质，也为物体表面粗糙度的测量提供了一定参考。

随着科学家对探测精度的要求不断提高，探测设备的偏振精度愈显重要。如何精确测量元件及系统的偏振特性以优化并提高设备的偏振测量精度是一个关键问题。设计并建立了一套中红外穆勒矩阵椭偏仪，在12.32 μm波长下，使用非线性拟合法和双旋转法对系统进行了定标和测试比对。结果表明，该椭偏仪的穆勒矩阵测量精度优于0.02；透、反射样品的重复测量精度分别为0.01和0.02。该研究可为中红外穆勒矩阵椭偏仪的设计和应用提供借鉴。

可靠性是衡量光学仪器检测有效性的一项重要指标，直接关系到设备的实用性。研究穆勒成像偏振仪在病理诊断中的可靠性，对推进其临床应用至关重要。利用实验室自主研制的穆勒成像偏振仪检测155例黑色素瘤、色素痣和正常皮肤组织切片，得到退偏、相位延迟、双向衰减等极分解参数。通过受试者工作特征（ROC）曲线分析得出：正常皮肤和黑色素瘤的退偏、相位延迟及双向衰减诊断可靠性分别为100%、100%和90%；正常皮肤和色素痣的退偏、相位延迟及双向衰减诊断可靠性分别为99%、88%和75%；色素痣和黑色素瘤的退偏、相位延迟及双向衰减诊断可靠性分别为96%、97%和78%。本研究证明了自主研制穆勒成像偏振仪在皮肤组织切片检测中的可靠性和有效性，有望成为一项辅助医生进行病理诊断的有力工具。