自上世纪90年代末，双光子荧光显微成像技术已经逐步成为利用光学手段研究生物组织和细胞的重要工具。由于双光子激发属于非线性光学过程，目前标准的双光子荧光显微成像系统通常使用脉冲宽度为80-100 fs的Ti:Sapphire激光器作为激发光源。为了实现高信号水平的荧光探测，需要使用更短的脉冲作为激发光源。使用脉冲压缩技术是提高现有双光子荧光显微成像系统激发效率的一种有效方法。基于光纤进行脉冲压缩的基本原理是利用光纤的非线性性展宽和色散作用产生脉冲正啁啾，然后使用色散补偿器件补偿此啁啾以获得更短的脉冲。虽然基于普通光纤的飞秒脉冲压缩早已实现，但由于普通光纤的非线性效应较弱以及群速色散较高，且Ti:Sapphire激光器的脉冲能量较低（<10 nj），未能将此技术用于双光子荧光显微成像系统。

在过去的十年里，光纤使用光子晶体作为新的导光机制对光纤光学产生了革命性的影响。其中，高非线性光子晶体光纤的零色散波长可蓝移至Ti:Sapphire激光器的波长范围内，且能在低脉冲能量情况下产生高非线性过程。这使基于光子晶体光纤的脉冲压缩在双光子荧光显微成像系统中的应用成为可能。目前，基于标准的双光子荧光显微镜，设计并应用光子晶体光纤-光栅压缩器仍旧存在着一些困难。面对不同的激光初始参数和光纤参数，如何优化压缩脉冲宽度和压缩脉冲质量成为光子晶体光纤-光栅压缩器应用到成像系统过程中需要解决的重要问题。

武汉光电国家实验室（筹）生物医学光子研究部光电医疗仪器团队的付玲教授，梁小宝博士生等首次将理论和实验结合，系统地研究了基于高非线性光子晶体光纤的脉冲压缩器及其在双光子荧光显微成像系统中的应用。研究结果描述了光纤参数，输入脉冲和光栅对色散补偿量对脉冲压缩效果的影响。理论和实验均证实，对于给定的700-850 nm, 100 fs，200 mW脉冲，脉冲宽度可被压缩至23.6 fs。将脉冲压缩器和标准的双光子荧光显微镜相结合后，人鼻咽癌细胞的双光子自体荧光成像也证明，压缩脉冲能将双光子荧光的信号水平提高约5.6倍。此方法能广泛地应用于现有的双光子荧光显微成像系统，并推动双光子荧光显微成像向便携式和光纤化发展。

该项工作得到国家自然科学基金(Nos. 60708025, 60828009 and 30925013)和教育部新世纪优秀人才项目(No. NCET-08-0216)的资助。研究结果发表在Optics Express, Vol. 18, Iss. 14, pp. 14893–14904 (2010)。