随着显微成像技术的日益进步，借助光学显微镜对组织样本进行成像已经成为生物医学研究过程中的常用手段,其中多光子显微成像技术可以进行非侵入式的活体三维组织成像。提供适用于多光子显微成像平台的，中心波长、脉冲能量、重复频率、脉冲宽度等参数能够灵活地调节的激光光源是提高多光子显微成像技术的一种可行手段。
本论文首先简要介绍了多种多光子显微成像的原理及其在生物医学成像中的应用，并对当今多光子显微成像中使用的多种光源进行了归纳总结。在这些驱动光源中，超快光纤激光器凭借其在光束质量、系统集成化、稳定性等方面的优势，有望作为多光子显微成像系统的优化光源。本论文的主要实验工作包括如下部分：（1）首先搭建了基于NPR原理的超快掺镱光纤振荡器，所输出脉冲的脉冲中心波长为1035 nm，光谱宽度为18 nm，脉冲重复频率约为42 MHz，平均功率约60 mW，脉宽约为4.6 ps。（2）基于上述振荡器，搭建了基于CPA技术的超短脉冲放大器，系统放大后的脉冲能量可以达到1 μJ，脉宽可压缩到265 fs，重复频率为1 MHz，系统偏振消光比约18 dB，具有很好的保偏特性。（3）基于自相位调制的宽光谱滤波技术(SESS), 利用LMA-8光纤对整个掺镱光纤放大器系统作中心波长转换。实验中使用长度为8 cm的LMA-8光纤，获得了波长在0.94-1.25 μm范围内可调谐的飞秒光源，其脉冲能量可达33 nJ，脉宽80-140 fs且接近变换极限，是作为多光子显微成像系统激光光源的良好选择。论文最后对目前工作进行了总结并展望了将来的工作。