为实现角膜在眼底相机系统轴向上的精确对准，提出了一种基于双光点视标的角膜精密对准技术。采用该对准技术，可以将双孔光阑所形成的两个光点视标投影在角膜上，依据两个光点经角膜前表面反射后在探测器上重合的位置坐标，先实现对瞳孔中心的对准，再根据两个光点经角膜前表面反射后在探测器上的分离情况与分离距离，确定眼底相机相对于角膜的轴向位置。实验结果表明：基于该双光点视标的角膜精密对准技术可以达到0.25 mm的对准精度和8.2 mm的对准范围。这种对准方法精确度高，对准范围大，可以满足眼底成像时仪器相对于被检眼轴向调节位置的要求。

双光子成像(Two-Photon Imaging)技术以其优越特性被广泛用于活细胞动态三维成像, 但光功率极高的短脉冲光对焦平面荧光分子严重的光漂白极大地影响了双光子长时间成像的图像质量, 针对双光子荧光漂白问题, 本文提出一种优化光照的双光子(Optimized Lighting-Two Photon,OL-TP)成像技术。通过预扫描获取双光子图像分析高低阈值, 以预设的高低阈值为标准优化一幅图像中不同区域的光照时长, 利用扫描过程中记录的荧光信息和光照时间信息可以重建OL-TP图像, 既保证信噪比又降低荧光漂白。重建的OL-TP图像与传统双光子图像基本一致, 信噪比略有降低, 但图像并未失真。对110 nm的荧光小球样本分别连续取30幅普通双光子和优化光照的双光子图像, 到第30幅图时, 重建后的优化光照双光子图像比普通双光子图像荧光漂白降低了2886%。OL-TP通过优化光照时间大幅降低双光子成像的荧光漂白, 使双光子荧光显微镜能够更好地对生物样本进行长时间观测。

激发光引起的荧光漂白限制了共聚焦成像技术在长时间观测生物样本方面的应用。提出了一种基于可控光剂量的共聚焦成像技术(CLE-CM)，该技术通过预实验设置高低阈值，定时读取采样像素值并与预设阈值进行比较，根据比较结果控制每个物方像素的光照时间，以更高效地利用荧光信息，在不牺牲图像质量的情况下降低了荧光漂白。用CLE-CM和标准共聚焦对牛肺动脉内皮细胞样本连续成11幅图像，与第11幅标准共聚焦图像相比，第11幅CLE-CM图像的荧光漂白减少了52.62%，具体降漂白效果与样本中的荧光分布有关。CLE-CM通过减少光剂量大幅降低了共聚焦显微成像的荧光漂白，使共聚焦显微镜能连续成更多张高质量图像。

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。

为了研究大数值孔径物镜下角向偏振光聚焦特性，提高激光扫描共聚焦显微镜的分辨率，根据Richards和Wolf矢量衍射理论建立计算模型，分析大数值孔径物镜下角向偏振光及经过0~2 π 相位调制的角向偏振光的聚焦光斑。经过0~2 π 相位调制的角向偏振光的聚焦光斑为实心光斑；该光斑的半峰全宽比径向偏振光光斑的半峰全宽小17.6%，比圆偏振光光斑的半峰全宽小11.6%。计算结果表明，经过0~2 π 相位调制的角向偏振光光斑作为激光扫描共聚焦显微镜的激发光，可以提高其分辨率。

在激光扫描共聚焦显微成像技术基础上引入了光谱成像技术以便区分生物组织中的不同荧光成分。采用分光棱镜对荧光进行光谱展开, 在光谱谱面处设置两个可移动缝片形成出射狭缝, 两个步进电机带动安装其上的两个缝片设置系统在整个工作波长(400~700 nm)内的光谱带宽, 其最小光谱带宽优于5 nm。用488 nm激光和低压汞灯实际测量了几条谱线对应的狭缝位置并和理论值做了比较, 结果显示实际狭缝位置和理论值的差值均小于0.1 mm。在全光谱和50 μm出射狭缝(对应2.5 nm光谱带宽)对老鼠肾脏组织进行了共聚焦光谱成像实验, 获得了老鼠肾脏组织中DAPI标定的细胞核图像和Alexa Fluor 488标定的肾脏小球曲管图像, 实现了对老鼠肾脏组织不同成分的区分。实验结果表明: 提出的系统能够进行共聚焦光谱成像, 扩大了共聚焦显微镜的适用范围。

为选择生化样品近红外光谱分析中最优的建模光谱宽度，结合样品特征波长与光谱学原理开展研究.收集348份血清样品，以血清中胆固醇、甘油三酯为例进行分析.根据光谱学原理及2 mm厚度血清的光谱吸光度，选择一级倍频区域作为分析波段，考察该区域内不同宽度光谱范围的模型效果.优选出胆固醇与甘油三酯的最优光谱宽度分别为70 nm和100 nm，并建立相应分析模型，分析的预测标准差和相对预测误差分别是0.17 mmol/L，3.0%和0.14 mmol/L，10.3%，效果不弱于他人建立模型的最好结果，使用的光谱范围更窄.

使用近红外光谱分析方法进行了血清中胆固醇含量的快速、 无试剂测量研究， 并考察、 分析了模型的适用性。 利用傅里叶光谱仪测量1， 2和6.5 mm厚血清的近红外光谱， 在合频与第一、 第二倍频波段内， 结合偏最小二乘方法(PLS)对胆固醇建立了模型。 1， 2， 6.5 mm厚血清模型的预测标准差(RMSEP)分别是 0.15， 0.16， 0.29 mmol·L-1， 相对预测误差平均值(MPEP)是2.9%， 3.1%， 4.8%。 为测试模型的适用性， 模型建立后一个月内分别测量了其他两批血清的光谱， 使用已建立的模型对样品进行预测， 1 mm模型的预测效果最好。 实验结果表明， 对于血清中胆固醇的含量， 可以建立较高精度的分析模型。 此外， 建模采用的样品厚度较薄时， 分析模型适用性更好。