在高光子密度的情況下，熒光分子可以同時吸收兩個長波長的光子，然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（如下圖）。如煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH），在單光子激發時，在波長為350nm光的激發下發出450nm熒光；而在雙光子激發時，可采用750nm的激發光得到450nm熒光。由于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沖激光器。這種激光器發出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量，從而可以減少光漂白和光毒性帶來的不利影響。雙光子顯微鏡工作原理是利用兩個光子的能量相加達到熒光激發能量閾值，來激發樣品中熒光分子發出熒光信號。國內激光雙光子顯微鏡成像視野

雙光子技術在醫療診斷應用中具有巨大的潛力，需要系統的醫學研究與龐大的醫療數據加以支撐，通過研究人體基于多光子成像技術，進行細胞結構、生化成分、微環境、組織形態、代謝功能的影響信息，找到與疾病的細胞學、分子生物學、組織病理學、診斷和特征的關聯關系，共同探究生理病理基礎和分子細胞生物學機制，篩選鑒定、皮膚病、自身免疫病及其他疑難疾病的診斷及鑒別診斷依據，建立全新的多光子細胞診斷的完整數據庫，定義出針對不同疾病的多光子臨床檢測設備的產品標準。討論環節，來自病理科、呼吸中心、心臟科、神經科、皮膚科及研究所的多位醫師及研究人員紛紛結合各自的工作領域與王愛民副教授展開了熱烈的討論，其中毛發中心楊頂權主任計劃再次邀請王愛民副教授進行學術交流。國外激光熒光雙光子顯微鏡熒光壽命計數雙光子顯微鏡成像技術及不同轉基因小鼠開展對多種臟器的成像研究。

雙光子之源：飛秒激光：雙光子吸收理論早在1931年就由諾獎得主MariaGoeppertMayer提出，30年后因為有了激光才得到實驗驗證，但是到WinfriedDenk發明雙光子顯微鏡又用了將近30年。要理解雙光子的技術挑戰和飛秒激光發揮的重要作用，首先要了解其中的非線性過程。雙光子吸收相當于和頻產生非線性過程，這要求極高的電場強度，而電場取決于聚焦光斑大小和激光脈寬。聚焦光斑越小，脈寬越窄，雙光子吸收效率越高。對于衍射極限顯微鏡，聚焦在樣品上的光斑大小只和物鏡NA和激光波長有關，所以關鍵變量只剩下激光脈寬。基于以上分析，能夠以高重頻(100MHz)輸出超短脈沖(100fs量級)的飛秒激光器成了雙光子顯微鏡的標準激發光源。這也再次說明雙光子顯微鏡的優勢：只有焦平面處才能形成雙光子吸收，而焦平面之外由于光強低無法被激發，所以雙光子成像更清晰。WinfriedDenk初使用的光源是染料飛秒激光器(100fs脈寬、630nm可見光波長)。雖然染料激光器對于實驗室演示尚可，但是使用很不方便所以遠未實現商用。很快雙光子顯微鏡的標配光源就變成了飛秒鈦寶石激光器。除了固態光源優勢，鈦寶石激光器還具有較寬的近紅外波長調諧范圍，而近紅外相比可見光穿透更深，對生物樣品損傷更小。

2020年，臨研所、病理科和科研處邀請北京大學王愛民副教授做了題目為“新一代微型雙光子顯微成像系統介紹及其在臨床醫療診斷”的學術報告。學術報告由臨研所醫學實驗研究平臺潘琳老師主持。王愛民，北京大學信息科學技術學院副教授，畢業于北京大學物理系，獲學士、碩士學位，后于英國巴斯大學物理系獲博士學位。該研究組研發的微型雙光子顯微鏡，第1次在國際上獲得了小鼠大腦神經元和神經突觸清晰穩定的動態信號，該成果獲得了2017年度“中國光學進展”和“中國科學進展”，并被NatureMethods評為2018年度“年度方法--無限制行為動物成像”。目前，該研究組正在研究新一代雙光子顯微成像技術在臨床診斷中的應用，為未來即時病理、離體組織檢測、術中診斷等提供新的影像手段和分析方法。由于其非侵入性和高分辨率的特點，雙光子顯微鏡成為了研究神經科學、ai癥研究、免疫學等領域的重要工具。

雙光子技術在醫療診斷應用中具有巨大的潛力，該領域還未形成標準和體系，還仍需要系統的醫學研究與龐大的醫療數據加以支撐，通過研究人體基于多光子成像技術，進行細胞結構、生化成分、微環境、組織形態、代謝功能的影響信息，找到與疾病的細胞學、分子生物學、組織病理學、診斷和特征的關聯關系，共同探究生理病理基礎和分子細胞生物學機制，篩選鑒定、皮膚病、自身免疫病及其他疑難疾病的診斷及鑒別診斷依據，建立全新的多光子細胞診斷的完整數據庫，定義出針對不同疾病的多光子臨床檢測設備的產品標準。討論環節，來自病理科、呼吸中心、心臟科、神經科、皮膚科及研究所的多位醫師及研究人員紛紛結合各自的工作領域與王愛民副教授展開了熱烈的討論，其中毛發中心楊頂權主任計劃再次邀請王愛民副教授進行學術交流。通過本次學術交流，病理科與研究所分別與王愛民副教授課題組達成了初步的合作意向。雙光子顯微鏡的基本原理是：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。布魯克雙光子顯微鏡光子躍遷

雙光子顯微鏡使用長波長脈沖光，是通過物鏡匯聚的。國內激光雙光子顯微鏡成像視野

雙光子技術在醫學診斷方面有著巨大的應用潛力。這方面沒有標準和體系，需要系統的醫學研究和龐大的醫學數據支撐。通過基于多光子成像技術研究細胞結構、生化成分、微環境、組織形態、代謝功能的影響信息，可以發現與細胞學、分子生物學、組織病理學、疾病的診斷和特征的關系。共同探索生理病理基礎和分子細胞生物學機制，篩選皮膚病、自身免疫性疾病等疑難疾病的識別、診斷和鑒別診斷依據，建立全新完整的多光子細胞診斷數據庫，明確不同疾病的多光子臨床檢測設備產品標準。在討論環節，來自病理科、呼吸中心、心內科、神經內科、皮膚科、研究所的多位醫生和科研人員結合各自的工作領域，與王愛民副教授進行了熱烈的討論。其中，毛發中心楊頂權主任擬再次邀請王愛民副教授進行學術交流。通過此次學術交流，病理學系和研究所分別與王愛民副教授課題組達成了初步合作意向。國內激光雙光子顯微鏡成像視野