荧光显微技术已经发展成为生物医学领域的强大工具。荧光具有多参量特性,其中荧光光谱的测量可以鉴别不同种类的荧光团；而荧光寿命测量可以对荧光分子所处微环境进行定量分析,而且对于鉴别光谱重叠的多组分荧光团非常有效。多焦点多光子显微技术(Multifocal Multiphoton Microscopy, MMM)可以实现样品的三维快速多光子激发荧光显微成像,并具有对活体样品损伤小,成像深度大,图像信噪比高等优点。本论文的研究目标是将基于棱镜色散的光谱分辨技术和MMM技术结合,发展一种能够快速获取样品三维空间光谱信息的多光子激发荧光显微测量和成像技术,为多色标记成像、FRET以及荧光比率测量等生物学研究提供了非常重要的检测手段。本论文的主要研究内容是设计并搭建光谱分辨的多焦点多光子显微成像系统,实现生物样品的快速三维空间的光谱测量和成像。并进一步研究基于光谱分辨的多焦点多光子荧光寿命成像显微系统,实现对生物样品的光谱及寿命测量。本论文具体完成了以下几方面的研究工作：1讨论了与本课题研究内容相关的荧光显微技术基础及其发展现状。2设计并搭建了具有光谱分辨功能的多焦点多光子显微成像系统,能够实现对样品进行快速三维空间的光谱数据采集。3研究了荧光光谱信息的分析及处理方法,并对光谱分辨多焦点多光子显微成像系统的光谱分辨率和系统放大倍率等进行了标定。4研究了光谱分辨多焦点多光子显微成像系统的图像重构方法,实现了强度图像和不同光谱的强度图像的重构,并能够获得样品中任意感兴趣区域的光谱曲线。5搭建了光谱分辨多焦点多光子荧光寿命成像显微系统,完成了系统的标定。6开展了实验研究,获得了植物样品切片、固定细胞和活细胞等样品的光谱分辨多光子激发荧光显微图像,光谱测量范围450-700 nm,光谱分辨率可达到3 nm。展示了该系统在生物医学中的应用前景。