随着受激辐射理论的提出和激光器的成功研制,激光被广泛应用于工业应用,生物医学,军事探测,能源及核技术等众多领域及学科中。其中,利用近红外激光入射进行探测的光学层析成像,以其侵略性较小,性价比较高等特点,可应用于胸部肿瘤探测,脑部扫描,含氧量变化探测等方面。通过近红外激光入射参与性介质,模拟其在生物组织内部结构的传输,可以得到生物组织内部结构。考虑到在实际情况中需要处理的通常是不规则形状几何体,而有限元因其对于复杂几何形状的适应性、灵活性,以及计算机实现的高效性等优点,在辐射传输领域的应用在不断地拓展并趋于成熟。然而,运用有限元法进行时域光学参数场重建的问题较少,有待进一步的研究。本课题基于二维辐射传输方程,利用有限元法,研究稳态及时域辐射传输问题以及时域辐射传输光学成像问题,主要研究内容如下:首先,基于二维稳态辐射传输方程,运用有限元法的单元离散思想以及单元内积分的加权余量原理,应用伽略金有限元法和最小二乘有限元法,对规则正方形及不规则方腔进行正确性及适应性的研究,由结果可知有限元法可以很好地处理不规则形状的辐射传输问题,并且最小二乘有限元法结果更加稳定。接下来,基于二维时域辐射传输方程,对各向同性及各向异性散射模型进行正确性验证,计算结果与文献中结果吻合良好。并针对正方形方腔辐射传输模型,进行网格无关性,时间独立性的检验。更改入射脉冲的宽度及强度,背景介质的光学参数,散射因子参数时,分析透反射信号的敏感性。最后,运用并行方法对时域辐射传输方程进行计算,提高求解效率。基于二维时域辐射传输方程,对短脉冲激光束入射二维矩形模型进行了模拟,研究了异质体大小及位置对出射信号的影响。在反问题研究中,运用步长加速法,以背景介质光学参数为假设初始值,选定初始步长进行迭代运算并进行比对,寻求目标函数下降方向,对模型内部参数进行计算和修正,可以有效重建介质内的光学参数场。