1700 nm波段多光子成像因具有毫米量级穿透深度、亚微米量级空间分辨率、三维成像能力、动力学追踪、功能性成像及无损伤成像等优势而备受关注,广泛应用于脑科学及活体组织深层成像研究。其成像深度受限的主要原因之一为激发光能量耗尽,而现有棒状光子晶体光纤光源能量已达上限,因此构建更加高能的激光装置极为必要。空心光纤低损耗、极低非线性特征使其能够支持更高能飞秒孤子脉冲,本文开展空心光纤孤子自频移实验及数值模拟研究,将其应用于多光子成像,并同棒状光子晶体光纤光源进行对比成像实验,旨在为1700 nm波段深层成像提供新的光源解决方案。本论文的主要工作如下:（1）构建并优化空心光纤孤子产生装置,在此基础上提出提升孤子稳定性的策略,并开展了空心光纤中孤子自频移实验研究以及对孤子脉冲参数的详尽实验表征。演示了其孤子自频移,得到波长1563 nm到1605 nm,具有42 nm可调谐范围高能飞秒孤子脉冲,其孤子单脉冲能量高达503 n J,是棒状光子晶体光纤的5.2倍,但具有脉宽过宽的缺点。（2）将上述高能飞秒激光装置应用到多光子成像,开展以空心光纤和棒状光子晶体光纤孤子光源为激发光源的三光子对比成像实验,得到染料的三光子荧光成像和小鼠头骨细胞三次谐波成像结果。结果表明,当以相似功率激发,空心光纤孤子光源比棒状光子晶体光纤孤子光源激发所产生的荧光信号小一个数量级,同时,需要3倍于棒状光子晶体光纤的激发功率才能达到相当的谐波信号水平。此实验填补了空心光纤孤子自频移技术在第三光学透明窗口成像的研究空白,对比分析了目前最适合三光子成像的光源特征。（3）开展空心光纤孤子自频移的数值模拟研究,得到同实验结果符合的孤子自频移模拟结果,以及需要9.2 m光纤长度才能产生相应孤子的结论。当以100 fs、200 fs、500 fs输入脉宽模拟实验,得到输出孤子脉宽分别为337 fs,336 fs和333 fs,否定了空心光纤孤子脉宽大幅减小的可能,并结合成像结果以及生物样品损伤功率阈值,进一步确定了棒状光子晶体光纤光源装置仍是现阶段三光子成像最佳光源。