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。多光子顯微鏡已經被生物學家普遍的運用于實驗中。Ultima Investigator多光子顯微鏡能量脈沖

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的分子的平均壽命大約在 10s 左右。這時它不是通過內轉換的方式來消耗能量，回到基態，而是通過發射出相應的光量子來釋放能量，回到基態的各個不同的振動能級時，就發射熒光。因為在發射熒光以前已經有一部分能量被消耗，所以發射的熒光的能量要比吸收的能量小，也就是熒光的特征波長要比吸收的特征波長來的長。美國離體多光子顯微鏡多光子激發多光子成像是一種非線性的過程，信號產生要求功率密度達到MW/cm2的量級。

隨著生物分子光學標記技術的不斷進步，光學技術在揭示生命活動基本規律的研究中正發揮越來越重要的作用，也為醫學診療提供了更多、更有效的手段。生物醫學光學（BiomedicalOptics）是近年來受到國際光學界和生物醫學界關注的研究熱點，在生物活檢、光動力、細胞結構與功能檢測、基因表達規律的在體研究等問題上取得了一系列研究成果，目前正在從宏觀到微觀上對大腦活動與功能進行多層面的研究。細胞重大生命活動（包括細胞增殖、分化、凋亡及信號轉導）的發生和調節是通過生物大分子間（如蛋白質-蛋白質、蛋白質-核酸等）相互作用來實現的。蛋白質作為基因調控的產物，與細胞和機體生理過程代謝直接相關，深入研究基因表達及蛋白質-蛋白質相互作用不僅能揭示生命活動的基本規律，同時也能深入了解疾病發生的分子機理，進而為尋找更有效的藥物分子、提高藥物篩選和藥物設計的效率提供新的方法和思路。

    1，光源、光路高度整合通過精密的設計，將飛秒激光器、掃描振鏡、PMT、濾光片組，甚至是單光子熒光光路全套整合在一個不大的掃描頭（ScanHead）內，無論掃描頭如何移動，掃描頭內的光路都可以保持穩定不變，從而實現了超穩定、免維護的特點。2，配合多維度、高精度機械控制系統。掃描頭直接架設在一個多維運動的機械裝置上，可沿任意方向和角度移動掃描頭，方便對動物樣本進行多方位的掃描觀察。而這在常規方案的多光子顯微鏡上有很大的實現難度，不但需要多個關節組合的光路導向機構，并且在這些關節旋轉的時候，都冒著極大的光路偏移的風險，以至于在使用一段時間后都需要對光路進行再次校準，而這樣的問題在我司上則完全不會發生。3.一機多能。 多光子顯微鏡的分辨率比傳統的單光子共聚焦要低的多。

對于雙光子成像而言，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。功能性3P顯微鏡比結構性3P顯微鏡的要求更高，它需要更快速的掃描，以便及時采樣神經元活動；需要更高的脈沖能量，以便在每個像素停留時間內收集足夠的信號。復雜的行為通常涉及到大型的大腦神經網絡，該網絡既具有局部的連接又具有遠程的連接。要想將神經元活動與行為聯系起來，需要同時監控非常龐大且分布普遍的神經元的活動，大腦中的神經網絡會在幾十毫秒內處理傳入的刺激，要想了解這種快速的神經元動力學，就需要MPM具備對神經元進行快速成像的能力。快速MPM方法可分為單束掃描技術和多束掃描技術。多光子顯微鏡在基礎科學和臨床診斷領域的應用范圍正在持續增長。美國嚙齒類多光子顯微鏡原理

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。Ultima Investigator多光子顯微鏡能量脈沖

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：對兩個遠距離（相距大于1-2 mm）的成像部位，通常使用兩條單獨的路徑進行成像；對于相鄰區域，通常使用單個物鏡的多光束進行成像。多光束掃描技術必須特別注意激發光束之間的串擾問題，這個問題可以通過事后光源分離方法或時空復用方法來解決。事后光源分離方法指的是用算法來分離光束消除串擾；時空復用方法指的是同時使用多個激發光束，每個光束的脈沖在時間上延遲，這樣就可以暫時分離被不同光束激發的單個熒光信號。引入越多路光束就可以對越多的神經元進行成像，但是多路光束會導致熒光衰減時間的重疊增加，從而限制了區分信號源的能力；并且多路復用對電子設備的工作速率有很高的要求；大量的光束也需要更高的激光功率來維持近似單光束的信噪比，這會容易導致組織損傷。Ultima Investigator多光子顯微鏡能量脈沖