结构光照明显微镜(Structured Illumination Microscopy,SIM)通过结构化照明在频率域以空间混频的方式将物体高频信息载入光学系统的探测通带内实现突破衍射极限的超分辨光学显微成像。SIM凭借其较低的激发光强、对荧光染料的非特异性需求以及快速的宽场成像优势已成为活细胞超分辨光学显微成像方面应用最多的技术。本文系统回顾了SIM的技术进展, 对SIM的基本原理与实现方法进了详细的分析, 重点介绍了本课题组研发的基于光谱分辨的单光子激发超分辨显微镜和结合自适应光学的双光子激发超分辨显微镜这两种最新的SIM技术, 最后简要讨论了SIM技术在生物成像中的应用及未来发展方向。

双光子荧光寿命成像技术在对生物组织进行高分辨三维成像的同时能获得生物组织的生化特性信息，实现结构和功能的精细定量表征，为生物组织的非侵入、无标记、活体成像提供了一种强有力的工具。该技术在肿瘤检测方面具有广阔的临床应用前景，已成为当前生物医学领域研究的热点之一。首先简要介绍了双光子荧光寿命的概念和常用检测方法；其次，结合课题组开展的胃癌和神经胶质瘤诊断等相关研究成果，详细介绍了双光子荧光寿命成像技术在消化道肿瘤、脑肿瘤及皮肤癌等肿瘤检测方面的最新研究进展；最后展望了该技术在未来临床应用中的潜在优势和可能面临的挑战。

提出了一种基于同心离轴双反射系统的成像光谱仪，该系统由四片球面反射镜与一块平面光栅组成.在分析同心离轴双反射系统的基础上，结合像差理论与光程函数概念，推导了同心离轴双反射系统的像散公式，得到其消像散条件.消像散理论表明，将消像散的同心离轴双反射系统分别应用于成像光谱仪的准直光路与聚焦光路中，可以实现成像光谱仪全光路消像散.研究了准直光路与聚焦光路共心对称的成像光谱仪结构，给出了其通用设计算法.根据初始结构计算方法，设计了工作波段在远紫外(120~180 nm)的成像光谱仪实例，给出了初始结构的点略图与像散曲线图，以验证消像散理论的正确性.结果表明，初始结构完全符合消像散理论.优化设计后的成像光谱仪光谱分辨率接近1.6 nm，调制传递函数值全视场全波段在0.37以上，具有良好的成像质量.

通过柱面反射镜调整光谱仪子午面与弧矢面光焦度，有效地校正了系统的像散。同时分析了Czerny-Turner结构成像光谱仪的球差、彗差及校正方法，通过控制系统F数校正球差，通过控制准直镜与聚焦镜的离轴角达到校正彗差的目的。利用基于蒙特卡罗方法的成像光谱仪的公差分析方法，设计了一套成像光谱仪样机，样机的工作波段为200～700 nm，在紫外波段和可见光宽波段范围内均实现了像差的校正，狭缝方向上空间分辨率达到320 pixel，光谱仪的焦距f′=100 mm，F数为5.2，全波段光谱分辨力优于2 nm。