光的固有属性包括频率、强度、相位和偏振,偏振作为光的基本物理特性之一,它可以携带重要信息,不仅包括所探测目标的准确信息,还反映了传输介质的内部分布特征。论文主要利用蒙特卡洛算法,模拟了光波在不同复杂散射体系(其中包括单粒子分散、多粒子分散体系以及包含旋光物质的分散体系)中的传输,追踪其偏振态变化,重点探讨利用一种不同的表征方法——偏振纯度指数(IPPs)来研究不同分散体系的退偏特性。在各向同性散射环境中,探究入射光的波长,散射微粒的尺寸及数量,散射微粒与周围介质的相对折射率比值等对系统退偏性能的影响;同时分析了包含旋光物质的散射体系的退偏效应。论文针对某些特定的生物组织进行模拟,研究组织癌变的影响因素对光波退偏效应的表现,利用米勒矩阵的特有性质探究血糖变化。论文的主要研究内容如下:(1)介绍了光波偏振特性和散射的基本理论。由于偏振光在散射介质中传输,会发生各种复杂的作用,故我们基于瑞利散射理论和米氏散射理论,运用蒙特卡洛算法追踪光波在不同散射体系中的传输问题,同时简要介绍了本文中应用的蒙特卡洛算法的主要实现步骤。(2)介绍了偏振光的常见表征方法以及偏振纯度指数对散射体系的表征。本文简单介绍三种常用的光波偏振态表征方法——琼斯矢量法、斯托克斯矢量法和邦加球法,同时由米勒矩阵引出对散射体系退偏能力进行表征的偏振纯度指数方法。(3)利用偏振纯度指数方法探究不同散射介质的退偏特性及规律。基于蒙特卡洛光线追踪算法,分析了单粒子分散体系中,散射粒子数密度、入射光波长和相对折射率对出射光偏振态以及系统退偏性能的影响;同时研究了双粒子混合的散射介质中,瑞利散射粒子和米氏散射粒子两种粒子的混合比对系统退偏效应的作用;还探究了服从对数正态分布的多粒子散射系统中,散射粒子的均值和标准差与系统退偏能力之间的关系。(4)探究散射介质中的旋光效应对系统退偏性能的影响。在包含球型散射粒子的介质中,加入手性物质,代表散射介质中具有了旋光性。分析了旋光效应对前向探测的米勒矩阵的影响以及验证了包含手性物质的散射介质中改变散射效应,对整个系统退偏效应的影响。模拟血液中葡萄糖的浓度变化,利用偏振纯度指数中的一个参数表征血糖的变化情况。