二次谐波显微成像是生物医学研究、特别是肿瘤研究中的一个强有力工具。二次谐波成像不产生光漂白和光致毒，能进行无损检测，图像具有较高的成像分辨率等一系列优点。目前，有大量关于二次谐波的理论和实验研究报道，但是由于生物组织本身结构的复杂性和差异性，加之样品制备的方法各异，在不同组织中观测到的二次谐波信号所表现的规律不完全相同，对生物组织二次谐波的产生机制没有完满解释，许多理论和实验工作亟待开展。论文主要围绕生物组织的二次谐波成像的理论和实验开展工作。理论方面，在分子水平上建立了成像模型，可以对类似于胶原分子的生物分子进行定量分析。模型可以灵活的分析组织的长度、大小、所含分子数量等因素对二次谐波产生的影响，能够对不同发育程度的组织进行识别，可以对信号进行偏振调制研究等。实验上主要通过使用LSM510显微镜观测前列腺增生组织和病变组织的二次谐波成像和光谱。实验中首次使用C57BL6动物模型得到了前列腺病变组织细胞核二次谐波成像，通过定量的面积与强度关系实验发现前列腺增生细胞核的信号强度大于肿瘤细胞核的信号强度，这为临床诊断不同病变程度的细胞核提供了帮助。通过405例(BPH细胞核204例，PC细胞核201例)相同面积细胞核的统计分析(t检验)发现，二者在二次谐波信号上存在显著差异(p＜0.05)。进一步的实验发现不同病变程度的细胞核表现出明显的波长效应差异，这反映了组织病变过程中分子的结构、排列等发生了改变，可以用于分析不同病变组织的成分。为临床诊断前列腺疾病和分析病变组织的成分提供了一种新的光学方法。