自加速光束具有无衍射、自修复特性,在粒子微操纵、表面等离激元、荧光显微成像等领域具有潜在应用价值。本文立足于自加速光束在荧光显微成像中的应用,以制备传输特性可调、适用于荧光显微成像的自加速光束为目标,系统地开展了自加速光束的理论研究、光束调控和显微成像应用研究,以期实现基于自加速点扩散函数的高分辨三维荧光显微成像。首先,本文从亥姆霍兹方程出发,理论求解出艾里函数和贝塞尔函数的光场,在频域内分析了贝塞尔函数光场与艾里函数光场的转化条件,通过对高斯光束在频域内进行相位调制产生了艾里自加速光束。然后,本文从理论上描述了艾里光束的无衍射、自加速和自修复特性,基于频域调控理论,通过改变频域调制相位实现了光束传播特性的调控。通过改变调制相位的缩放尺度,调控艾里光束的横向尺度和传播轨迹;在调制相位上叠加闪耀光栅,实现了光束传输轨迹整体的线性偏移;在调制相位上附加跟传播距离有关的相位因子,实现了对光束空间位置的调控;通过改变高斯光束和调制相位的相对位置,实现了光场空间能量分布的调控。最后,以倒置荧光显微镜为基础,对传统的高斯型点扩散函数在频域内进行立方相位调制,制备出具有自加速特性的点扩散函数。为了进一步提升成像分辨率,通过改变调制相位实现了对点扩散函数形貌的调控,在不改变自加速特性的前提下,缩小了点扩散函数的轮廓,成功构建出适于高分辨、大景深、三维显微成像的点扩散函数。使用自加速点扩散函数对样本进行光学投影成像,结合三维重建算法设计,最终实现荧光纳米粒子的三维结构成像。