糖度检测在生物、医疗等领域具有关键作用。为了提高旋光法测量糖溶液浓度的分辨率，本文提出利用正交反射镜消除偏振光被金属平面镜反射后的消旋光现象，建立了参考臂和测量臂信号的相位差与溶液浓度之间的函数关系，并研究了正交反射多次旋光效应。在不增加样品长度的前提下，通过多次旋光使分辨率倍增。以葡萄糖溶液为例，四次旋光的实验结果表明：在0~0.4690 g/mL范围内，浓度测量分辨率为8×10^-6 g/mL，最大测量相对误差小于0.54%。正交反射多次旋光检测技术可以为血糖与自闭症发病机理研究提供实时在线血糖检测。

为了实现超低样本体积、高灵敏度的血液葡萄糖浓度检测, 采用时域有限差分法分析了液芯微管腔（MTC）的壁厚和直径对回音壁模式（WGM）共振特性的影响。利用熔融拉锥法制备了MTC, 通过高精度电控位移平台实现MTC和锥形光纤的高精度耦合以及WGM共振谱的激发, 并对MTC进行表面功能化和过耦合方法以提高灵敏和稳定性,同时进行了理论分析和实验验证。结果表明,表面功能化的液芯MTC传感器取得的灵敏度约为0.911pm/(mmol·L-1), 线性度为0.988;该低浓度血液葡萄糖光学传感器的灵敏度和稳定性很高。这一结果对运动员训练中血糖的实时、快速监测, 保障运动安全性和持久性等是有帮助的。

为了实现血糖无创在体检测, 解决测量灵敏度低、激励源波动影响大、病患体温干扰严重等难题, 本文提出一种基于温度补偿的差动光声测量方法, 该方法可以大幅度抑制温度的影响。采用两个相同的光声池分别容纳被测血液和纯水, 分别获取测量光声信号和参考光声信号。首先, 改变两个光声池的液体温度, 测定两路光声信号的温度系数; 然后, 分别对两路光声信号进行温度补偿和修正, 消除温度的影响; 最后将两路光声信号进行比值处理, 抑制光源强度波动的影响。在此基础上, 本文还使用组织工程皮肤安体肤来模拟人体皮肤环境, 探究皮肤对激光和光声信号的透过性。测试结果表明, 低浓度下葡萄糖光声信号强度和浓度的线性拟合直线的拟合度可以达到0.970 6, 证实了这种方法在实际应用中的可行性; 模拟皮肤的不同位置对激光的穿透率不同, 平均透光率为53.88%, 皮肤对光声信号的平均透过率为9450%。本文的研究结果可为血糖在体无创检测的实现提供有益借鉴。

葡萄糖浓度是溶液的主要参量之一。根据葡萄糖溶液的旋光效应，结合电机调制检偏器，通过双光路同步检测，测量两路调制信号的相位差从而得到待测葡萄糖溶液的浓度。实验结果表明：对于浓度范围为0%~50%(质量分数)的葡萄糖溶液，测量最大相对误差约为6.48%。本设计解决了旋光角度测量受机械转动装置限制的问题，测量装置具有结构简单、测量快捷、抗干扰性强等优点。

提出并制备了一种基于本征倏逝波原理的温度及葡萄糖溶液浓度传感器.通过研究腐蚀包层厚度与透射光谱之间的关系, 确定较为合适的腐蚀厚度.将标准单模光纤包层腐蚀至2.4 μm, 利用光纤倏逝波对外界介质变化敏感的原理, 通过测量输出光功率的变化量实现温度及葡萄糖溶液浓度传感.实验结果表明：传感器在10~70 ℃的温度范围内具有9.58×10－3 dBm/℃的灵敏度, 线性度达到99.36%; 在葡萄糖溶液0~3%的浓度范围内具有0.126 dBm/(g/L)的灵敏度, 线性度达到97.95%.该传感器的响应时间小于30 s, 具有操作简便、测量准确度高、重复性好、适用范围广等优点, 具备良好的应用价值.

利用可调谐脉冲激光器激发联合聚焦超声探测器前向探测模式搭建了一套血糖光声无损检测实验装置。 为了测试该装置的可靠性, 实验中利用532 nm泵浦Nd∶YAG调Q脉冲激光器激发不同浓度的葡萄糖水溶液产生实时光声信号; 采用脉冲激光在近红外波段1 300～2 300 nm内固定间隔波长10 nm扫描方式激发不同浓度的葡萄糖水溶液, 获取了不同波长下的葡萄糖光声峰峰值, 利用差谱方法筛选出了多个葡萄糖的特性波长; 然后采用主成分回归算法优选了三个特性波长, 并建立了浓度梯度与对应三个优选波长光声峰峰值之间的数学校正模型。 实验表明, 葡萄糖水溶液的光声信号符合弱吸收介质的柱状光声源模型; 利用建立的校正模型对校正集和预测集的葡萄糖浓度预测结果表明, 葡萄糖浓度的校正和预测均方根误差均小于10 mg·dl-1, 相似系数为0.993 6。

近红外光在脂肪乳和葡萄糖混合溶液介质中传播, 在介质表面形成漫反射光, 稳态情况下, 检测位置处检测的漫反射光包含了全部的弹道光、蛇行光与漫散射光, 其中部分弹道光和漫散射光降低了葡萄糖浓度的检测精度。通过蒙特卡洛模拟方法分别对10%和3% 的intralipid-葡萄糖溶液进行时域模拟, 分析统计不同检测位置漫反射光的不同光程组成, 对时间扩展曲线的峰值时间与平均飞行时间范围内的漫反射光子进行检测能够提高浮动基准位置即漫反射光强度对葡萄糖浓度最不灵敏的检测位置的检测精度, 同时, 这部分光子在漫反射光强的极大值处提高了漫反射光强与葡萄糖浓度的线性相关系数, 抽取这部分光程的漫反射光在极大值位置提升了对葡萄糖浓度的检测灵敏度。

利用光声技术对血糖浓度无损检测进行了初探，搭建了一套可调谐脉冲激光器激发、聚焦超声探测的光声无损血糖检测系统，采用前向探测模式、前置预放大、GPIB-USB 总线传输和LabVIEW 软件开发平台，实现了葡萄糖水溶液的光声信号实时采集。实验得到了质量浓度为0~300 mg/dL 的葡萄糖水溶液的实时光声信号，并在1300~2300 nm 近红外波段内对不同浓度的葡萄糖溶液进行波长间隔10 nm 的连续扫描激发，得到不同浓度在不同激发波长下的光声峰峰值。利用差分和一阶导数谱方式得到葡萄糖特征吸收波长，对优选的多个特征波长利用最小二乘拟合算法建立了浓度和光声峰峰值数学校正模型，并对多个特征波长下建立的校正模型进行浓度反演对比，以预测均方根误差最小为标准，筛选出两个浓度预测结果相对较好的特征波长。

近红外无创伤血糖检测目前面临的挑战主要是测量条件难以保证稳定、测量系统及被测对象自身的背景变化等问题, 导致很难从背景变动的光谱中提取出糖浓度变化信息。经过多年的实验研究发现应用浮动基准参考测量法有望消除仪器漂移及被测对象自身背景变动的影响。但是浮动基准位置因人及测量部位不同而异, 在不同的测量波长下其浮动基准点位置也不同, 因此, 欲在实验中验证浮动基准法的光谱修正效果需要测量出与入射光位置不同径向距离处的漫反射光强, 然而在实际实验中位置精度很难保证。为此, 研究了用模拟实验的方法验证多波长下浮动基准法对光源漂移所引起的光谱变化的修正效果, 基于Monte Carlo模拟, 分别采用浓度为5%和10%的Intralipid溶液作为被测样品, 通过改变入射光子数模拟光源漂移的影响。得到模拟的光谱数据后, 利用浮动基准法对其进行处理, 并分别对浮动基准法修正前后的光谱数据进行偏最小二乘建模分析, 将预测结果进行比较发现: 两种浓度Intralipid溶液在存在光源漂移影响情况下修正后的模型预测精度预测均方根误差(RMSEP)相比于修正前分别减小了98.57%(5% Intralipid)和99.36%(10% Intralipid)。表明浮动基准法在消除光源漂移的影响方面效果明显。

通过测量组织液中的葡萄糖浓度获得血糖信息是目前实现血糖连续检测的主要方法, 中红外ATR光谱法在分析葡萄糖等生物小分子成分信息方面具有显著优势, 但是如何利用中红外ATR光谱法检测皮下组织液中的葡萄糖信息仍是尚未解决的问题。 在对中红外穿透深度理论分析的基础上开展了自然状态和渗透状态下人体皮下组织液葡萄糖的中红外ATR光谱检测实验。 首先探究将中红外光直接入射到人体皮肤表层上, 采集自然状态下人体手指皮下组织液葡萄糖的ATR光谱数据, 讨论中红外直接穿透皮下组织获得葡萄糖信息的可行性; 在此基础上, 通过采用低频超声和真空负压的方法促进组织液渗透到皮肤表层, 采集其中红外ATR光谱进而分析和判断是否含有葡萄糖特异信息。 由于二维相关光谱技术在红外光谱等光谱研究领域分析分子间反应和物质的吸收峰信息来源时有很高的分辨率和很好的适用性, 利用二维相关光谱技术分别分析皮肤表层在自然状态和渗透状态的实验条件皮下组织体中葡萄糖信息。 实验结果表明: 中红外ATR光谱法无法直接应用于皮下组织液的葡萄糖浓度检测, 利用物理或化学的方法促进组织液渗透到皮肤表层, 是实现中红外ATR光谱法检测皮下组织液中葡萄糖的一个发展方向。