多光子显微成像(多光子成像)技术能够对活体生物组织进行非侵入式的深层成像。相比于传统的钛宝石激光波段,新兴的1700nm波段多光子显微成像技术,例如1700nm三光子成像,可以获得更大的成像深度。然而目前,该波段深层成像潜力尚未被完全挖掘,并且在信号优化以及聚焦相关问题上存在尚未克服的理论及实验挑战,这其中就包括了以下两方面内容:1、目前1700nm深层三光子荧光成像深度受限于深层处的信号耗尽,而非传统双光子成像中信号背景比下降到1:1而导致的成像深度限制。因此,如何进一步提高深层组织处的信号水平成为进一步提升成像深度的关键。传统多光子成像的观点一致认为应当完全填充物镜的后光瞳可以获得最高的信号水平。而我们认为:在生物组织成像中,由于大角度光线相比于傍轴光线经历更多的损耗(源自吸收和散射),因此它们对信号产生几乎不起贡献。因而,不完全填充物镜后光瞳有望获得更高的多光子荧光信号水平。2、相比于传统的钛宝石激发波段,1700nm波段水吸收更高。由于大多数生物组织,特别是脑组织主要由水构成,因此可以预期脑组织对1700nm波段具有一定的吸收。组织对光吸收最显著的影响之一是会导致组织温度的升高,过高的温升最终将导致组织损伤。目前对1700nm波段多光子成像过程中焦点处的温度变化尚无理论研究结果,因此缺乏定量理论判断及预期。本论文将采用合适的理论模型对该问题开展研究。本论文主要包含以下内容:1、简要概述了多光子显微成像技术的机理。通过与共聚焦荧光显微镜对比,结合多光子显微成像技术的发展历程和现状,分析了多光子显微成像技术的优势,及存在的问题,讨论了1700nm波段多光子显微成像过程中焦点处的温度上升问题。2、基于1700nm波段多光子聚焦及信号产生的理论模型,计算不同物镜填充因子条件下,三光子和四光子荧光信号强度随物镜填充因子变化的趋势。计算结果表明:物镜不完全填充时可以获得更大的信号产量,有望进一步提高成像深度。3、基于含时热传导方程,对1700nm波段激发聚焦后焦点处的温度变化开展定量理论计算。详尽研究了不同数值孔径、1700nm波段不同波长处焦点处的温度时变规律,得到了温升的定量结果。该研究成果将为1700nm波段深层成像过程中的温度变化规律提供理论预期,并且为激发光功率选择提供理论指导,以避免过度激发光吸收导致的温度变化造成的组织损伤。得到了温升的定量结果。该研究成果将为1700nm波段深层成像过程中的温度变化规律提供理论预期,并且为激发光功率选择提供理论指导,以避免过度激发光吸收导致的温度变化造成的组织损伤。