中國科學院深圳先進技術研究院醫工所生物光學與分子影像研究室鄭煒研究員團隊在高分辨雙光子顯微成像技術研發方面取得重要進展。
顯微成像系統，是指顯微鏡下觀察樣品拍照成像的系統。通過調節物鏡成像的位置（成像介於目鏡的一倍焦距與兩倍焦距之間），使物鏡所成的像位於目鏡前焦點的外側，經目鏡放大得到一個經二次放大的正立實像，當光源足夠強時，相機或攝像機的光電元件感光成像。
顯微成像系統是顯微鏡與攝像技術相結合的產物，可對人眼無法看到的微生物進行觀察拍照。在顯微鏡上加接專用連接鏡頭，接上CCD攝錄鏡頭，再把動態的圖像傳送到計算機，獲得動態圖像，從而觀察生物不同生長階段的發育形態。可對昆蟲細胞和病菌孢子高倍放大進行觀察，並可遠程進行圖像採集儲存處理。
深圳先進技術研究院成功地將多幀重構算法用於雙光子成像，採用自主研發的自適應光學模塊和相位補償方法，實現了雙光子成像軸向解析度3倍提升，信噪比提升也超過3倍;又開發了新型自適應光學方法用於提高雙光子成像質量。該方法使1mm左右的深層腦組織成像時，成像解析度提升1倍，信噪比提升5倍。
螢光成像的理論基礎是螢光物質被激發後所發射的螢光信號的強度在一定的範圍內與螢光素的量成線性關係。螢光成像系統包括螢光信號激發系統（激發光源、光路傳輸組件）、螢光信號收集組件、信號檢測以及放大系統（CCD、PMT）;螢光信號收集系統主要包括振鏡式的掃描系統和擺頭式掃描系統。振鏡式的掃描系統通過快速擺動反射鏡將反射光信號捕獲，而擺頭式掃描系統通過平移探頭來實現等距信號的捕獲。
雙光子顯微鏡帶有的超高靈敏度的直接探測器能記錄組織深層最細微的內部結構。多達7個的外置通道以及光譜拆分軟體充分支持多色的多光子實驗。再結合高速12kHz掃描頭和最大掃描視野，將軸向位移減至最小，有效地收集來自深層組織的微弱光子，使圖像更明亮，將對標本的光毒性減至最小。
雙光子螢光顯微鏡是結合了雷射掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發技術的一種新技術。雙光子激發的基本原理是：在高光子密度的情況下，螢光分子可以同時吸收 2 個長波長的光子，在經過一個很短的所謂激發態壽命的時間後，發射出一個波長較短的光子;其效果和使用一個波長為長波長一半的光子去激發螢光分子是相同的。雙光子激發需要很高的光子密度，為了不損傷細胞，雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈衝雷射器。這種雷射器發出的雷射具有很高的峰值能量和很低的平均能量，其脈衝寬度只有 100 飛秒，而其頻率可以達到 80 至 100 兆赫。在使用高數值孔徑的物鏡將脈衝雷射的光子聚焦時，物鏡的焦點處的光子密度是最高的，雙光子激發只發生在物鏡的焦點上，所以雙光子顯微鏡不需要共聚焦針孔，提高了螢光檢測效率。
配備固定載物臺的雙光子顯微鏡能提供最佳的機械穩定性，將電噪聲幹擾減至最低，可以說是專為活體標本及電生理而設。而可遠程操控的2孔切換物鏡轉盤能實現無振動切換避免給複雜高穩定要求的實驗帶來幹擾。物鏡帶防腐蝕陶瓷表面，以及延展至紅外範圍的色差校正，是同時進行多光子成像以及電生理數據記錄的理想工具。
一些配備前置補償的飛秒級雷射器和OPO雷射器的雙光子顯微鏡，所有紅外雷射器的操控，包括前置補償單元的微調等，都能由徠卡軟體完成。有了OPO雷射器之後，紅色和綠色螢光都能同時被激發了，從而達到更好更清晰的記錄效果。