微循环的观测在临床、生理、病理上有重要意义。正交偏振谱（OrthogonalPolarization Spectral，简称OPS）技术是近几年来发展起来的微循环成像技术，该方法利用生物组织浅表层散反射光不改变偏振态，而从组织深处散射的光束会发生退偏的特性，可以从背向散射光中探测到组织深层的二维图像信息。在光源的发射光谱与红血球的吸收光谱相匹配，且弱光探测信号不被背景噪声干扰时，该方法可以得到高对比度的微血管图像。本文基于OPS技术成像原理，模拟了系统光路，合理地选取了元器件，建立了小型化的正交偏振谱活体微循环检测系统，能应用于活体微循环的探测。进行了大量活体微循环测量实验，包括人体甲襞微循环、小白鼠耳廓微循环等。对比实验中，不但验证了OPS方法较传统显微镜在成像对比度上的明显优势，而且找到了适合微循环成像的光源光谱波长，还验证了该方法可以探测到单个红血球的流动轨迹。正交偏振谱技术的一个缺点在于它只能用于二维血管图像探测，并不能在深度方向进行连续探测，因此课题在OPS成像的基础上进行了变偏振深度选择成像的研究，重点利用椭圆偏振光实现了显微成像深度选择功能。分别用内含标记物的动物脂肪和小白鼠耳廓微循环进行了实验，并对图像进行对比度分析。结果表明，平行椭圆偏振通道具有深度选择功能，随着椭圆偏振光夹角从0°到45°递增，组织内目标的对比度增大，相同的信号光所能探测到的深度增大。当椭圆偏振光夹角为45°时可以达到与正交偏振通道相同的成像效果，但信噪比不如后者。最后进行了生物组织背向散射理论分析。利用Stokes-Mueller方法得到了多次散射情形下Mueller散射矩阵的光斑分布，证明了矩阵光斑图案形状和对称性与探测器组织间的径向距离和方位角有关。通过Monte Carlo方法建立了背向散射理论模型，证明了二次散射即可决定Mueller矩阵的基本图案，但复散射退偏主要是高次散射的贡献。该实验为OPS技术可以通过多重散射探测到组织深层信息进行了理论支持。