光学显微镜是生物医学研究必不可少的工具，其中双光子显微成像技术具有大深度三维显微成像功能，被认为是深层生物组织研究的首选工具。但是，在双光子成像系统使用过程中，光学系统的装配偏差、光学元件不理想以及生物样品的不均匀性都会在成像过程中引入像差，从而降低成像质量。通过在双光子显微成像系统中引入自适应光学技术，可实现对像差的有效校正，从而提高成像的分辨率、深度和视场。介绍了双光子显微成像中的像差来源和特点，概述了自适应光学技术中不同的探测和校正方法，综述了近年来自适应光学技术在双光子显微成像中不同的应用成果，最后对自适应光学在双光子显微成像中的发展进行了展望。

本文提出利用离轴抛物镜共焦中继系统来改善双光子成像视场边缘像质变差的问题, 进而提升双光子成像视场。不同于传统的双胶合透镜扫描中继系统, 离轴抛物镜共焦扫描中继系统由一对离轴抛物镜构成, 扫描振镜位于抛物面镜焦点处。仿真和试验结果均显示, 该系统能有效优化视场边缘的像散、场曲和畸变情况, 提高成像质量。利用该扫描系统, 我们实现了视场为2.4 mm×2.4 mm, 横向分辨率为1 μm的大视场双光子显微成像, 能清晰分辨小鼠大脑切片中的神经轴突结构。

针对磨削阶段大口径光学非球面元件拼接测量精度不高的问题,提出一种基于两段拼接的优化算法.首先根据多体系统运动学理论、斜率差值及逆推法建立两段面形轮廓的拼接数学模型;其次针对拼接算法中工件运动量和运动误差对拼接精度的影响,仿真分析了350 mm非球面工件的两段拼接.仿真结果表明,随着平移误差增大,拼接误差明显增大,而当控制旋转角度在8°以内、平移量在10 mm以内、旋转误差在60′以下及平移误差在3 μm以下时,拼接误差的标准偏差值在0.2 μm波动;最后利用Taylor Hobson轮廓仪和高精度辅助测量夹具对120 mm口径的非球面光学元件进行测量实验并研究工件运动量对拼接测量精度的影响.实验结果表明,当控制平移量在10 mm以内和旋转角度在8°以下时,拼接误差的标准偏差值在0.2~0.6 μm之间,能满足磨削阶段光学元件亚μm级精度的面形检测要求.