传统双光子显微成像系统因其具有高分辨的三维成像能力,常被用于大脑神经元的成像研究,但是有限的成像视场限制了其在多脑区以至于全脑成像方面的研究。增大双光子显微成像系统成像视场的途径之一是增大振镜的扫描角度,但是随着扫描角度的增加将使系统各扫描光学元件引入大量的离轴像差,而离轴像差会降低系统的成像性能。针对双光子显微成像系统的成像视场问题,本文从优化离轴像差的角度出发,以阿贝光学不变量为基础,设计并搭建了成像视场为2.45×2.45 mm~2且具有微米级分辨率的大视场双光子显微成像系统。本文的主要工作包括以下几点:1.提出了利用离轴抛物镜共焦中继系统来减小双光子成像视场边缘离轴像差导致的成像质量变差问题,提升双光子成像视场。不同于传统的双胶合透镜中继扫描系统,离轴抛物镜共焦中继系统由一对离轴抛物镜构成,扫描振镜位于抛物面镜焦点处附近。通过ZEMAX光学设计软件仿真显示该系统能有效优化视场边缘的像散、场曲和畸变等像差,提高成像质量。2.以自适应光学技术为基础,提出分块扫描式的自适应光学矫正的方式对大视场扫描过程中产生的离轴像差进行补偿。对1-μm荧光小球进行成像实验验证发现,通过分块扫描式的自适应光学矫正的方式对大视场双光子显微系统中视场边缘的离轴像差进行矫正后,视场边缘的荧光信号强度和成像分辨率显著提高。3.搭建大视场双光子成像系统,并以上述方式对其离轴像差进行优化。使用该系统进行了离体生物样品成像和活体动物成像实验。通过对thy-1 e GFP小鼠离体脑片的神经细胞、活体CX3CR1-GFP小鼠开颅小胶质细胞和Balb/c小鼠活体尾静脉注射FITC荧光染料血管的大视场成像,成功证明了该系统成像视场相比于传统0.5×0.5 mm2双光子系统可提高五倍左右。该系统在小鼠脑成像等需要高分辨大视场的生物成像领域有较为广阔的应用前景,可为多脑区的研究提供了有效的技术手段。