二次谐波显微术是利用二次谐波信号进行显微成像或探测的一种新型光学显微技术。与双光子荧光显微术相比,二次谐波显微术无需使用荧光标记,这从根本上消除了光毒性和光漂白。更为重要的是,相干特性使得二次谐波显微术对样品亚微米结构非常敏感。近些年来,二次谐波显微术的上述优点使得它在生命科学、新型材料科学等领域中有着重要的应用和研究价值。　　 本文从优化系统结构、拓展应用领域的角度出发,对二次谐波显微术的尺寸特性、取向探测和偏振补偿进行了研究,主要研究结果包括以下几方面:　　 1.基于矢量衍射理论和格林函数法研究了二次谐波显微术的尺寸特性。数值结果表明,二次谐波显微术的尺寸特性与信号探测模式有关。对于前向探测模式,位相匹配条件确定的相干长度大于焦区长度,随着样品尺寸的增大,二次谐波信号逐渐增强,最终达到饱和；而对于背向探测模式,位相匹配确定的相干长度小于焦区长度,随着样品尺寸的变化,二次谐波信号振荡变化,并且在某一特定尺寸获得最强二次谐波信号。二次谐波显微术的尺寸特性还与激发光偏振态、聚焦物镜的数值孔径大小以及样品的横向尺寸等因素有关。　　 2.基于扫描二次谐波显微术,通过分析不同偏振光激发KTP纳米粒子产生的二次谐波信号强度分布,得到如下结论:当激发光分别为径向偏振光和偏振角ψ0=58°的柱矢量光时,综合分析纳米粒子产生的二次谐波信号强度分布,能获得纳米粒子对称轴的三维取向信息。　　 3.对背向二次谐波显微术中的偏振补偿进行了研究。实验结果表明:当入射光为线偏振光时,采用半波片和四分之一波片的组合能对二向色镜产生的偏振畸变进行偏振补偿。数值结果表明:当入射光为径向偏振光时,二向色镜引起的偏振畸变使得聚焦光场的径向分量不再具有旋转对称性,还出现了新的角向分量；当入射光为角向偏振光时,二向色镜引起的偏振畸变使得聚焦光场的角向分量不再具有旋转对称性,并且出现了新的轴向和径向分量。