雙光子顯微鏡工作原理是將超快的紅外激光脈沖傳輸到樣品中，在樣品中與組織或熒光標記相互作用，這些組織或熒光標記發出用于創建圖像的信號。雙光子顯微鏡被多用于生物學研究，因為它能夠產生高分辨率的3-D圖像，深度達1毫米。然而，這些優點帶來了有限的成像速度，因為微光條件需要逐點圖像采集和重建的點檢測器。為了加快成像速度，科學家之前開發了一種多焦點激光照明方法，該方法使用數字微鏡設備(DMD)，這是一種通常用于投影儀的低成本光掃描儀。此前人們認為這些DMD不能與超快激光一起工作。然而現在解決了這個問題，這使得DMD在超快激光應用中得以應用，這些應用包括光束整形、脈沖整形、快速掃描和雙光子成像。DMD在樣品內隨機選擇的位置上產生5到30點聚焦激光。4tune光譜檢測器，實現多光子顯微鏡的光譜型檢測。在體多光子顯微鏡作用

Ca2+是重要的第二信使，對于調節細胞的生理反應具有極其重要的作用，開發和利用雙光子熒光顯微成像技術對Ca2+熒光信號進行觀測，可以從某些方面對有機體或細胞的變化機制進行分析，具有重要的意義。利用雙光子熒光顯微成像技術可以觀察細胞內用熒光探針標記的Ca2*的時間和空間的熒光圖像的變化，還可以觀察細胞某一層面或局部的（Ca2+）熒光圖像和變化。通過對單細胞的研究發現，Ca2+不僅在細胞局部區域間的分布是不均勻的，而且細胞內各局部區域的不同深度或層次間也存在不同程度的Ca2+梯差即所謂的空間Ca2梯差。在體多光子顯微鏡作用多光子顯微鏡適用于動物大腦皮層深層（400微米）細胞的形態、生理學研究。

多束掃描技術可以同時對神經元組織的不同位置進行成像。該技術:對于兩個遠程成像位置(相距1-2mm以上)，通常采用兩個**的路徑進行成像；對于相鄰區域，通常使用單個物鏡的多個光束進行成像。多光束掃描技術必須特別注意激發光束之間的串擾，這可以通過事后光源分離或時空復用來解決。事后光源分離法是指分離光束以消除串擾的算法；時空復用法是指同時使用多個激發光束，每個光束的脈沖在時間上被延遲，使不同光束激發的單個熒光信號可以暫時分離。引入的光束越多，可以成像的神經元越多，但多束會導致熒光衰減時間重疊增加，從而限制了分辨信號源的能力；并且復用對電子設備的工作速度要求很高；大量的光束也需要較高的激光功率來維持單束的信噪比，這樣容易導致組織損傷。

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。雙光子共聚焦顯微鏡比單光子共聚焦顯微鏡具有更亮的橫向分辨率和縱向分辨率。

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。國內顯微鏡制造市場目前斷層嚴重。目前我國顯微鏡行業發展缺乏技術沉淀，20年以上經營積累的企業十分稀缺，深度精密制造、光學重要部件設計及工藝嚴重制約產業升級。目前中國顯微鏡中如多光子顯微鏡、共聚焦掃描和電子顯微鏡等主要集中在徠卡顯微系統、蔡司、尼康、奧林巴斯等國外企業。國內具備生產顯微鏡能力的企業屈指可數，若國內顯微鏡企業能打破技術壁壘，切入顯微鏡市場，企業的生產經營將騰躍至一個更高的格局。帶寬足以覆蓋鈦藍寶石激光器的可調諧范圍和用于多光子顯微鏡的許多其它激光器的典型中心頻率。美國進口多光子顯微鏡作用

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。在體多光子顯微鏡作用

通過添加FACED模塊，可以將基于標準振鏡的現有2PM輕松轉換為千赫茲成像系統。FACED雙光子熒光顯微鏡遵循光柵掃描，需要很少的計算處理，在稀疏或密集的標記樣本中均可以使用，并且不受串擾的影響，而且對整個圖像平面采樣后可以進行運動校正。實驗中沒有觀察到光損傷的跡象，此外，子脈沖延遲到達相同的樣品位置，能為熒光團提供充足的時間使其從易于破壞的暗態返回到基態，可以明顯減少光漂白。使用現有的傳感器，FACED雙光子熒光顯微鏡可以提供足夠的速度和靈敏度來檢測神經元過程中的鈣瞬變和谷氨酸瞬變，以及來自細胞體的尖峰和亞閾值電壓。該組使用基于FACED的2PM顯微鏡，在小鼠大腦中實現了千赫茲速率的神經活動成像。在物鏡平均激光功率為10-85mW下，他們測量了清醒小鼠中V1神經元的自發性和感覺誘發性的超閾值和亞閾值電位活動。在體多光子顯微鏡作用