針對雙光子熒光顯微鏡的特點，從理論上分析雙光子成像特點，并搭建一套時間、空間分辨率高，能實時、動態、多參數測量的雙光子熒光顯微鏡系統。具體系統應實現∶（1）能對不同染料的雙光子熒光進行探測;（2）用特定染料對樣品標記以后，能實現雙光子熒光的三維成像;（3）通過實驗的研究，改進雙光子熒光顯微成像系統;（4）在保證成像質量的前提下，簡化整個系統，使得實驗操作方便、安全。單光子激發熒光的過程，就是熒光分子吸收一個光子，從基態躍遷到激發態，躍遷以后，能量較大的激發態分子，通過內轉換把部分能量轉移給周圍的分子，自己回到比較低電子激發態的比較低振動能級。處于比較低電子激發態的比較低振動能級像在生物醫學光學成像研究中顯示了較大的優勢。而在顯微成像中，雙光子熒光顯微鏡憑其獨有的優點，成為研究細胞結構和功能檢測的重要工具。多光子激光掃描顯微鏡是建立在激光掃描顯微鏡技術基礎上的實驗方法，三維觀察上提供更的光學切片能力。美國離體多光子顯微鏡峰值功率密度

    基于多光子顯微鏡的神經成像技術原理：多光子顯微鏡可用于深度成像和三維成像，因此可用于拍攝不透明的厚樣品。目前主要使用的多光子顯微鏡包括雙光子顯微鏡和三光子顯微鏡。雙光子顯微鏡的結構與共焦類似，區別在于：1)雙光子顯微鏡的激發光波長比共焦長，能量較低，但穿透能力較強；2)雙光子顯微鏡沒有小孔，提高了檢測效率；3)雙光子顯微鏡成像深度較快提高。那么，為什么雙光子能具有共焦顯微鏡所沒有的優勢呢？原因是它采用雙光子激發方式。使用波長較長的激發光子，光子的能量較低，因此電子需要吸收兩個這樣的激發光子才能達到激發態，從而釋放出一個熒光光子。因此，熒光信號的強度與光強的平方成正比。因為焦點處的光強較大，只能在焦點處激發熒光。波長越長，穿透力越強，因此雙光子顯微鏡的成像深度大于共焦顯微鏡。由于兩個光子只在焦點激發熒光，不需要小孔，而是將所有的熒光都收集起來，提高了檢測效率。三光子顯微鏡的原理類似于雙光子顯微鏡，利用三個激發光子可以實現更深的成像深度。由于使用了更長的激發波長，穿透能力更強，成像深度更大。此外，由于較強的非線性效應，熒光信號的強度與光強的立方成正比，因此比雙光子具有更低的非聚焦激發和背景噪聲。 Ultima 2P Plus多光子顯微鏡實驗點掃描多光子顯微鏡可以深入樣本并捕捉高質量的圖像，但這個過程極其緩慢，因為圖像是一次形成一個點。

多光子激光掃描顯微鏡行業發展，世界多光子激光掃描顯微鏡產業主要布局在德國和日本，德國是以徠卡顯微系統和蔡司為，而日本以尼康和奧林巴斯公司為，2020年，上述企業占據著世界多光子激光掃描顯微鏡市場 64.44%的市場份額，其發展戰略左右著多光子激光掃描顯微鏡市場的走向。目前世界市場對多光子激光掃描顯微鏡的需求在增長，中國市場這方面的需求增長更快，未來五年多光子激光掃描顯微鏡市場的發展在中國將具有很大的發展潛力。

    與傳統的單光子寬場熒光顯微鏡相比，多光子顯微鏡(MPM)具有光學切片和深度成像的功能，極大地促進了研究人員對整個大腦深部神經的認識。2019年，JeromeLecoq等從腦深部神經元成像、大數量神經元成像、高速神經元成像三個方面討論了相關的MPM技術。為了將神經元活動與復雜行為聯系起來，通常需要對大腦皮層深處的神經元進行成像，這就要求MPM具備深度成像的能力。激發光和發射光會被生物組織高度散射和吸收，這是限制MPM成像深度的主要因素。雖然增加激光強度可以解決散射問題，但會帶來其他問題，如燒焦樣品、散焦和近表面熒光激發。增加MPM成像深度的比較好方法是使用更長的波長作為激發光。另外，對于雙光子（2P）成像而言，離焦和近表面熒光激發是兩個比較大的深度限制因素，而對于三光子（3P）成像這兩個問題大大減小，但是三光子成像由于熒光團的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高數量級的脈沖能量才能獲得與2P激發的相同強度的熒光信號。 多光子顯微鏡的成熟的深部組織成像技術中。還有其他類型的圖像對比提供有關樣本的有價值信息。

比較兩表格中的相關參數可以看出，基于分子光學標記的成像技術已經在生物活檢和基因表達規律方面展示了較大的優勢。例如，正電子發射斷層成像（PET）可實現對分子代謝的成像，空間分辨率∶1-2mm，時間分辨率;分鐘量級。與PET比較，光學成像的應用場合更廣（可測量更多的參數，請參見表1-1），且具有更高的時間分辨率（秒級），空間分辨率可達到微米。因此，二者相比，雖然光學成像在測量深度方面不及PET，但在測量參數種類與時空分辨率方面有一定優勢。對于小動物（如小白鼠）研究來說，光學成像技術可以實現小動物整體成像和在體基因表達成像。例如，初步研究表明，熒光介導層析成像可達到近10cm的測量深度;基于多光子激發的顯微成像技術可望實現小鼠體內基因表達的實時在體成像。多光子激光掃描顯微鏡采用波長較長的紅外激光,能量脈沖式激發,紅外光比可見光在生物組織中的穿透力更強。靈長類多光子顯微鏡Ultima Investigator

目前主要使用的多光子顯微鏡包括雙光子顯微鏡和三光子顯微鏡。美國離體多光子顯微鏡峰值功率密度

多光子激發掃描顯微成像系統的不足。只能對熒光成像。如果樣品包括能夠吸收激發光的色團，如色素，樣品可能受到熱損傷。分辨率略有降低，雖然可以通過同時利用共焦的小孔得到改善，但是信號會有損耗。受昂貴的超快激光器限制，多光子掃描顯微鏡的成本較高。多光子激發顯微鏡應用舉例。動物和腦片神經細胞結構與功能、動物腦皮層的成像、胚胎發育過程的長時間動態觀測、多光子激發光解籠、細胞內微區鈣動力學、多光子激發自發熒光、其它應用。美國離體多光子顯微鏡峰值功率密度