建立了一套用于测量生物组织模型偏振后向散射差分光谱的实验系统。在系统中,线偏振光入射到样品表面,检偏器和光谱仪配合记录后向散射光中的平行和垂直分量,随后计算出差分光谱。采用了平均直径分别为5.0 μm、9.0 μm的两种聚乙烯小球悬浮液进行实验,结果与蒙特卡罗模拟进行对照,验证了实验系统的正确性。初步研究了粒子尺寸分布变化对差分光谱的影响,结果表明,偏振散射差分光谱能敏感地反映粒子尺寸分布的变化,在大小粒子的混合液中,大粒子浓度一定程度的增加,光谱仍保留小粒子的振荡趋势,但差分光强减小。该方法对于早期癌症检测具有潜在应用意义。

已有实验表明偏振门和斜入射技术能有效地抑止深层散射光子,实现浅表组织光学特性的检测。采用蒙特卡罗方法,分析了斜入射、偏振门的特性,研究了组织光学参量和入射角等参量对平均探测深度的影响。结果表明,组织的各向异性因子和入射角对平均探测深度影响较大。当各向异性因子较小(小于0.8)或者入射角较大(大于1.4 rad)时,组织的平均探测深度能满足小于2倍平均自由程的要求。偏振门和斜入射技术均可使探测光子经历的散射次数和探测深度有明显减小,因此,结合偏振门和斜入射技术能够更有效地分辨来自浅层的信号光,抑止来自深层的背景光。

偏振散射光谱术是一种新型的早期癌症无损光学检测技术。目前, 对这一技术的机理研究缺乏较好的理论手段。引入并行计算方法, 采用斯托克斯(Stokes)参量和米勒(Müller)矩阵分别描述光子包和介质的偏振特性, 实现了可用于模拟偏振散射光谱的并行偏振蒙特卡罗程序。程序基于消息传递接口(Message passing interface,MPI)并行开发平台, 采用主从(Master-slaver)并行计算模型, 并用任务池方法实现动态负载平衡。混浊介质后向偏振散射光谱的模拟和实验结果对照证实了程序的正确性;程序并行效率分析表明了程序在任务规模和节点规模上具有良好的可扩展性, 对于较大规模的任务, 使用n个从节点的模拟时间约为使用1个从节点模拟时间的1/n倍。