在傳統寬場顯微鏡中，來自標本不同縱深的光線都可投射到同一焦平面（感光元件）上，所以其成像是整個樣品的重疊像，沒有縱向分辨能力。單光子激光共聚焦顯微鏡用針空有效濾除了雜散光，分辨率有了本質上的提高，擁有了對樣品的特定焦平面精細成像的能力，可以進行三維成像、動態成像等。然而，針空在濾除雜散光的同時也將大部分來自焦平面的熒光濾除了，只有很弱的熒光到達檢測器。若要提高信號強度，需要加大激發光功率，這又會導致對活細胞的光毒性和熒光分子的光漂白增加。雙光子顯微鏡蕞大的優勢來源于其雙光子光源的非線性光學效應，與單光子共聚焦顯微鏡蕞大的不同在于無須使用針空限制光學散射，其具體優勢如下所述。雙光子顯微鏡在組織透明化成像中應用；美國布魯克雙光子顯微鏡圖像對比度

雙光子熒光顯微鏡是結合了激光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，熒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后，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熒光分子是相同的。雙（多）光子成像優勢在于，具有更深的組織穿透深度，利用紅外光，能夠在層面檢測極限達1mm的組織區域；因信號背景比高，而具有更高的對比度；因激發體積小，具有定點激發的特性，具有更少的光毒性；激發波長由紫外、可見光調整為紅外激發，能夠更加地安全。美國ultima雙光子顯微鏡供應商雙光子顯微鏡還可以對一些具有雙光子特性的染料細胞進行特定實驗；

從雙光子的原理和特點我們就可以明顯的得出雙光子的優點：☆光損傷小：由于雙光子顯微鏡使用的是可見光或近紅外光作為激發光源，這一波段的光對細胞和組織的光損傷小，適用于長時間的研究；☆穿透能力強：相對于紫外光，可見光和近紅外光都具有更強的穿透能力，因而受生物組織散射的影響更小，解決對生物組織中深層物質的層析成像研究問題；☆高分辨率：由于雙光子吸收截面很小，只有在焦平面很小的區域內可以激發出熒光，雙光子吸收局限于焦點處的體積約為波長3次方的范圍內；☆漂白區域?。河捎诩ぐl只存在于交點處，所以焦點以外的區域都不會發生光漂白現象；☆熒光收集率高：與共聚焦成像相比，雙光子成像不需要光學濾波器（共焦），這樣就提高了對熒光的收集率，而收集率的提高直接導致圖像對比度的提高；☆圖像對比度高：由于熒光波長小于入射波長，因而瑞利散射產生的背景噪聲只有單光子激發時的1/16，降低了散射的干擾；☆光子躍遷具有很強的選擇激發性，所以可以對生物組織中一些特殊物質進行成像的研究；

第二代微型化雙光子熒光顯微鏡FHIRM-TPM2.0，其成像視野是該團隊于2017年發布的代微型化顯微鏡的7.8倍，同時具備三維成像能力，獲取了小鼠在自由運動行為中大腦三維區域內上千個神經元清晰穩定的動態功能圖像，并且實現了針對同一批神經元長達一個月的追蹤記錄。在一批“早鳥項目”中，該系統已被多個研究組應用于不同的模式動物和行為范式，如小鼠的社交新穎性識別、斑胸草雀受調控后大腦特定神經元變化、新型神經遞質乙酰膽堿探針的傳導適應性分析以及獼猴三腦區成像等多項研究。雙光子顯微鏡已成為較厚有生命體生物組織三維成像中不可或缺的工具。

TOPTICAFemtoFiberultra920超快光纖激光器是一種易于操作且無需維護的激光系統。其輸出波長為920nm，非常適合常規熒光基團（如GFP，eGFP，Eosin，GCaMP，CFP，Calcein或者Venus）的雙光子激發。能給熒光基團提供比較高的峰值功率，常用于神經科學和其他與激光有關的生物光子學學科。而且其獨特設計（制造簡單且經濟高效的光源）對雙光子熒光顯微鏡發展的革新具有潛在的可能。在雙光子顯微鏡中，峰值功率就是亮度！如果您希望獲得比較好的圖像亮度，那么你就需要短脈沖，高功率，較重要的是需要干凈的時間脈沖形狀。FemtoFiberultra920具有足夠高的輸出功率，較短的脈沖和獨特的Clean-Pulse技術，以及具有相對比較高的峰值功率，使得其在雙光子顯微鏡中可以實現****的亮度，而不會對樣品造成不必要的加熱。FemtoFiberultra920交鑰匙，完全集成的色散補償（可確保樣品處的脈沖較短），內置的功率控制，操作直觀以及其堅固而緊湊的設計，使該系統具有極為友好的用戶體驗，是非線性顯微鏡應用的較好解決方案。例如熒光蛋白的雙光子激發和基于SHG的對比機制。雙光子顯微鏡使用高能量鎖模脈沖激光器。美國ultima雙光子顯微鏡供應商

雙光子顯微鏡使用的是高能量鎖模脈沖器。美國布魯克雙光子顯微鏡圖像對比度

通過并行化不同激光波長的激光掃描，研究人員增加了在相同時間內可以成像的體積，同時保持了高的時間和空間分辨率。研究人員通過引入兩種不同波長的鈣信號熒光探針，將神經元群體的活動標記為兩種不同的顏色，同時激發兩種不同波長的探針，從而實現了兩種顏色的并行數據記錄。為了實現三維空間成像，研究人員還在兩個激光束上配置了快速變焦系統，即一個電透鏡和一個空間光調制器。因此，可以以10Hz的速度同時記錄10個500微米和500微米的平面，覆蓋600微米的深度，覆蓋大腦皮層第二層到第五層的結構，體積內可以記錄2000多個神經元。美國布魯克雙光子顯微鏡圖像對比度