近年来，许多应用于生物医学领域的显微技术广泛地运用了双光子激发荧光和光学二次谐波作为信号源。但至今为止，仍然有许多飞秒激光与生物组织体相互作用的非线性效应有待探索。利用钛宝石飞秒激光器作为光源的Zeiss LSM510 META共焦扫描显微镜，我们对两种不同的生物样品进行非线性复合成像，并得到不同波长下双光子荧光和二次谐波信号强度随激发功率变化的关系曲线。基于实验结果，发现双光子荧光和二次谐波强度随飞秒激光激发功率的增长并不符合简单的平方关系。为了研究这种非线性现象的起因，提出二次谐波产生机制的一种新观点，并建立了生物组织瞬态双光子吸收的方程组，通过求解和数值计算，最终得到的理论曲线与实验结果基本一致，证明了该理论用来解释生物组织中的非线性效应确实具有其合理性。这项工作对研究光与生物组织相互作用的非线性理论提供了有价值的结果。