浑浊介质具有较强的光散射特性,涵盖包括生物组织在内的许多材料,如牛奶、葡萄酒、合成材料、细胞样品、血液、皮肤、环境污水和污染气体等介质材料。测量浑浊介质的光谱数据和光学特征参数,以及研究光与浑浊介质间的相互作用是研发新测量技术以及新型仪器的基础。因此,近数十年来许多领域对其非常重视。本论文以辐射传输方程为理论框架、以建立可准确测量浑浊介质光学特征参数的新型多参数分光光度学方法为研究目标,开展了包括光路优化、单色仪搭建和散射光信号测量的实验研究,以及建立可准确定量仿真浑浊介质光传输过程的数值模型研究。研究结果证明在无需积分球的条件下,可仅使用3个光电二极管快速测量浑浊介质样品的散射光信号,以及求解样品散射系数μs、各向异性参数g和吸收系数μa的唯一性。论文内容由实验与数值仿真研究组成,可分为以下三部分。（1）搭建与优化光源、分光和样品测量单元的光路仿真与实验研究:开展基于zemax的光路系统仿真建模和优化设计;搭建光源与分光单元光路部分的工作包括改进氙灯光源输出光束功率比分布特征和搭建光栅单色仪光路,获得波长范围为460nm至1000nm之间、半高带宽约为10nm、光强调制频率为f0（395Hz）的单色准直入射光束;搭建样品测量单元包括样品架与光探测器的准确定位和消噪优化。（2）信号收集单元的控制编程改进、信号测量电路测试与实验系统校准研究:完成基于单片机的数据读取与控制程序的学习和改进,测试与验证无需积分球测量3个散射光信号测量值即漫反射率Rd、漫透射率Td和前向透射率Tf的新方法;开展并获得对脂肪乳样品的散射光及光谱信号的实验测量值以及与散射光信号计算值的对比,完成实验系统校准与方法验证。（3）改进光传输过程仿真程序与三参数逆问题求解研究:采用本课题组已有的单光子蒙特卡罗（i MC）仿真程序对任意给定相函数的单光子追踪完成了仿真和不同散射相函数的比较研究;并将其改进为高性能GPU并行计算方法仿真获得散射光信号计算值,即漫反射率Rdc、漫透射率Tdc和前向透射率Tfc;然后取其与散射光信号测量值平方差之和,作为在三维参数空间求解散射逆计算的目标函数;研究了目标函数在三维参数空间内的分布及相关散射逆问题解的存在与唯一性的条件;并验证了不同探测器配置条件下的散射逆问题求解的鲁棒性。