三次谐波源于强脉冲激光照射样品时产生的三倍频光响应，可对生物组织实现无标记、亚细胞量级分辨率、近乎实时的成像。通过与二次谐波信号和双/三光子荧光信号相结合，三次谐波显微成像可在肿瘤术中揭示肿瘤组织的典型病理特征信息，比如细胞增生与血管增生等，从而为医生判断肿瘤边界进而做出肿瘤组织彻底切除与否的决策提供实时帮助。本文阐述了三次谐波显微成像的基本原理，讨论了它在肿瘤术中诊断方面的应用，探讨了基于三次谐波的小型化便携术中诊断仪器，并总结了三次谐波内窥成像的发展现状，这些内容的讨论有望推动三次谐波成像技术的临床化。

二次谐波成像作为一种高空间分辨率和高穿透深度的非线性光学成像技术，可以避免荧光成像中由能量吸收导致的光漂白和饱和吸收等问题，在临床诊断和生物医学领域具有广阔的应用前景。笔者引入了一种具有中心反演对称破缺、高非线性光学效应的材料——硅量子点作为二次谐波探针，同时为了增强硅量子点的生物亲和性并减少其表面氧化，利用聚乙二醇对硅量子点进行修饰，并将其作为生物探针探究了其在人肝癌细胞（HepG2）中的二次谐波成像效果。通过与双光子荧光成像结果进行对比发现，基于聚乙二醇修饰的硅量子点的二次谐波成像技术具有可靠性和稳定性。本研究对未来硅量子点在分子成像、药物递送和干细胞治疗中的应用具有积极的推动作用。

衰老是引起主动脉硬化进而引发各种心血管疾病的主要独立风险因素。对主动脉增龄性改变进行定量评估有望为心血管疾病研究提供重要线索。采用二次谐波成像技术，结合三维灰度共生矩阵纹理分析算法，对不同周龄大鼠主动脉血管壁内外表面的胶原纤维进行了定量评估；提取出多种可量化表征主动脉增龄性改变的特征参数，从胶原纤维微结构角度揭示了主动脉增龄性变化规律。上述方法及提取出的特征参数有望为评估血管老化程度提供有力工具和重要参考指标，并进一步应用于与老化相关的心血管疾病的研究。

本试验通过二次谐波和偏振光影像技术检测烧烫伤小鼠瘢痕胶原纤维排列和密度的变化。在小鼠背部造烧烫伤深度模型, 模仿临床烧烫伤处理方法去除结痂, 6个月时通过二次谐波和液晶偏振光影像技术从活体皮肤水平面和离体组织矢状面检测烧烫伤小鼠瘢痕和瘢痕周围乳头层以及网状层胶原纤维排列和密度的变化。二次谐波成像结果显示, 正常皮肤乳头层和网状层胶原纤维呈随机排列的网状结构, 排列一致性低, 胶原纤维排列稀疏, 面密度少, 而瘢痕和瘢痕周围乳头层以及网状层胶原纤维排列一致性和面密度均明显增加。液晶偏振光影像技术结果表明, 与正常皮肤比较, 瘢痕和瘢痕周围乳头层以及网状层胶原纤维方位角变异程度明显降低, 相位差值增加。本试验通过二次谐波和偏振光影像技术发现, 瘢痕和瘢痕周围乳头层以及网状层胶原纤维的排列和密度均发生了改变, 而且二次谐波与液晶偏振光影像技术检测的结果趋势相同, 这为将来仅通过二次谐波成像技术无创鉴别瘢痕组织奠定了基础, 同时为在人体上诊断瘢痕和评估瘢痕治疗效果提供了方法。

本文提出了一种基于非线性热扩散效应的光声二次谐波显微SH-PAM成像技术，用于实现亚衍射极限光声成像。生物组织受到强度调制的高斯激光束辐射时，组织吸收光子形成高斯分布的温度场，由于热扩散系数非线性热效应引起的非线性光声PA效应，从而产生光声二次谐波信号。模拟和试验结果均表明，重建后的光声二次谐波成像的横向分辨率超过了传统光学成像分辨率。本文通过仿体样品验证了该方法的可行性，并且对人表层皮肤细胞进行了成像，以证明其对生物样品的成像能力。该方法扩展了传统光声成像的范围，为超分辨成像开辟了新的可能性，为生物医学成像和材料检测提供了新的方法。

随着纳米加工和制备技术的不断发展，金属纳米粒子的等离激元光学特性已得到了广泛的研究与应用。本文基于金属纳米颗粒等离激元共振特性，分析了金属纳米颗粒等离激元共振对介质谐波的增强机制，综述了该增强机制在近几年所取得的最新研究成果及其在生物成像领域的应用。金属纳米颗粒等离激元共振在增强介质非线性特性领域的发展趋势是从简单的金属纳米颗粒向复杂形状纳米颗粒和金属纳米颗粒组装体的发展，这些新型金属纳米颗粒在非线性光学、生物医学上的疾病诊断和治疗有良好的实际应用前景。

本文用二次谐波成像技术(second harmonic generation SHG)来研究飞秒激光切削后角膜结构的变化.在生物学研究,材料科学等方面都有很广泛应用的SHG成像技术能在不破坏的角膜情况下获得高对比度的角膜层析图像,分辨率为500 nm,实验装置是利用现有的双光子显微镜.本文还根据成像结果评价了飞秒激光在角膜切削中的质量,为飞秒激光微米级的精确切削和临床应用提供了实验支持.