高能飞秒光纤激光器与大模场光波导中的孤子自频移效应结合可以产生脉宽窄、能量高的宽带可调谐飞秒孤子脉冲,特别适合多光子显微成像技术。目前,除了常规性的多光子成像应用外,利用这种技术产生的飞秒脉冲光源已经成功用于深层组织成像以及多色成像领域。然而,孤子自频移光源在这两个领域的应用并非完善,依然存在进一步优化的可能。在深层成像领域,研究表明1700nm波段是孤子光源在生物深层组织中的最优穿透波段。但其存在的问题是随着多光子信号在深处消耗殆尽,多光子显微成像的深度已经达到了极限。从光源角度进行考虑,主要是由于现有光子晶体棒输出的能量已经达到最大值。在多色成像领域,多色脉冲光源之间的波长间隔无法连续调谐,妨碍了对不同荧光标记物的观察。针对上述两种成像用光源存在的问题,本论文开展了以下研究工作:(1)为了进一步提升孤子光源的功率水平,我们建造了偏振复用光源系统。从偏振复用光源系统共线输出的两束正交偏振孤子脉冲具有相似的波长,脉宽以及能量,而且在自由空间中存在着时间延迟,即相当于一束重复频率加倍的飞秒脉冲光源。与单一偏振的成像光源相比,这种重复频率加倍的飞秒脉冲光源也使得成像光源功率加倍,在多光子成像中可以进一步提升信号水平。(2)建造了双色孤子光源系统。将双色孤子光源系统输出的波长间隔可调谐飞秒脉冲作为双色成像的光源,为解决传统双色孤子光源波长间隔不可调或不易调的困难提供了新的方案。通过泵浦激光的预啁啾调节技术,我们可以改变泵浦光脉冲的脉宽和能量,以此来控制在大模场光波导中产生的双色孤子的波长间隔。我们以1550nm飞秒光纤激光器作为泵浦源,通过预啁啾调节技术获得了190nm宽的孤子波长间隔可调谐范围,并以此双色孤子作为双色荧光多光子显微成像的成像光源,同步观察到了具有不同激发波长的两种荧光珠子的成像状况。我们开发的以上技术将为深层以及多色多光子成像提供新颖、有效的光源解决方案。