为了对眼底周边部区域进行成像检查，研究了激光线扫描眼底成像技术。搭建了激光线扫描超广角共聚焦眼底成像系统，进行了系统总体光路设计，以及超广角、高分辨双模式成像的参数设计。对探测成像部分进行了Zemax设计与像质评价，依据参数进行了元器件的选型并搭建了实验系统，利用面阵相机像素边界得到了虚拟共聚焦狭缝，实现了眼底线扫描双模式共聚焦成像。最后对系统的实际视场角、分辨率、成像效果进行了评估。经实际测量，所设计系统在超广角模式下成像单幅眼底图的视场角可达到136.3°，高分辨模式下的成像分辨率为8.5 μm。所提出的激光线扫描眼底成像方法可以有效地实现眼底超广角成像，为相关仪器的研制提供了参考。

受激辐射损耗显微成像(STED)是一种超分辨荧光显微成像技术, 它能够突破传统光学衍射极限的限制, 把远场光学分辨率提高到百纳米以内, 被广泛应用于生物医学等领域, 是目前光学显微成像领域研究的热点之一。采用了一种基于超连续谱皮秒脉冲白激光光源的STED显微系统, 实现超分辨成像。并从精密合束、脉冲延迟和损耗光残留光强几个方面探讨系统优化, 从而获得最佳的成像效果。对直径约25 nm荧光微球成像实验的数据表明: 该系统成像分辨率可达约60 nm, 分辨能力远远高于衍射极限。另外, 系统成功实现了对核孔复合物、微管和微丝等一系列生物样品的超分辨成像, 共聚焦成像中某些模糊不清的结构在STED成像中清晰可辨。

提出一种利用反正切振镜控制波形矫正共聚焦显微镜中非线性扫描畸变的方法,利用FPGA与ARM相结合的方式实现了基于DDS技术的反正切控制波形的生成。实验表明,该方法能够取代传统上使用f-θ透镜的矫正方法,从而降低了激光扫描共聚焦显微镜的系统成本。

针对受激辐射损耗(STED)超分辨显微术分辨率不够高的问题，研究了损耗光偏振态、相位和振幅多种物理量对焦斑的影响，以形成半峰全宽窄的圆环形损耗光焦斑。根据RichardsWolf矢量衍射理论，建立了偏振态、相位和偏振态作用下的损耗光焦斑模型；计算了不同偏振态、不同相位振幅调制参数下损耗光焦斑的分布情况；通过优化各参量得到有效激发荧光的分布。计算结果表明，应用切向偏振时的损耗光焦斑半峰全宽优于应用径向偏振和圆偏振；相位和振幅的调制作用均能减小半峰全宽；优化后有效激发荧光的理论半峰全宽仅为13.2 nm。采用损耗光的偏振态、相位和振幅对损耗光焦斑进行整形，能够有效减小半峰全宽，获得较高的理论分辨率，比仅使用单一物理量的效果更好；应用切向偏振光能够获得高质量的损耗光焦斑和超衍射极限的分辨能力，根据不同实际情况选择相位或振幅调制的方法可进一步提高分辨率。

为了研究入射光偏振态和入射光瞳有效数值孔径对共聚焦全内反射显微术(CTIRM)的分辨率，即焦点横向半峰全宽和纵向倏逝场透射深度的影响，根据Richard-Wolf矢量衍射理论，计算并讨论了线偏振、圆偏振、径向偏振和切向偏振入射光在界面处的光强分布情况；同时计算了在三种不同的有效数值孔径（1.33~1.45,1~1.45和1~1.12）时，焦点半峰全宽和倏逝场透射深度的数值结果。计算结果表明，当有效数值孔径为1.33~1.45，入射波长为532 nm时，径向偏振光在横向上可达144 nm的半峰全宽，优于线偏振的330 nm和圆偏振的360 nm，超过了衍射极限。薄且大的有效数值孔径能够获得更小的半峰全宽，其上下限的平方差越大，透射深度越小。三种数值孔径中，1~1.45时的透射深度最小,为140 nm。相比较其他偏振光，径向偏振光更适合作为共聚焦全内反射显微术的入射激发光，并能够通过优化有效数值孔径，获得样品近表面处的高横向分辨率和低轴向荧光噪声。