本论文的工作发轫于对传统扫频光学相干层析成像(Swept-source Optical Coherence Tomography,SS-OCT)系统本身的研究,而后扩展到对快速扫频光源的探讨,并最终基于对光学相干层析(Optical Coherence Tomography,OCT)技术本身的深刻理解提出了一种超越OCT研究领域的时序光计算方法,并取得了具有特色的研究成果。首先,在扫频激光器的研究方面,传统扫频OCT一般需要通过波数线性化矫正和重采样等后期数据处理才能由快速傅里叶变换重构出生物样品结构信息。该过程因计算量大,成为制约高速成像的瓶颈。同时,传统扫频激光器普遍采用机械运动装置选频,因惯性制约而难以实现高速波长扫描。本文首次提出并研制了基于声光偏转器的高速扫频激光器,可直接获得线性扫频的激光信号,省去了复杂的数据处理过程,大大提升了成像速度。同时,利用声光相互作用的快速响应特性,实现了输出激光频率的超高速线性调谐,最高速率可达2 MHz。其次,在1550nm中心波长时间拉伸型扫频光源的研究方面,传统的时间拉伸型光源以光纤为色散介质,不能实现频率随时间的线性输出,线扫描速率也基本在8 MHz以下。本文首次提出并研制了基于线性啁啾光纤布拉格光栅和光纤缓冲器的40 MHz线扫描速率的扫频光源,可实现频率随时间线性输出。利用此光源,在A-line信号不做任何平均化操作的条件下,实现了40 MHz扫描速率的生物结构的高信噪比超高速成像。据我们所知,这是目前世界上1550nm中心波长扫频光源中,线扫描速率的最高记录。特别是,基于对色散傅里叶变换和扫频OCT系统的深刻理解,我们创造性地提出了时序光计算的概念,并将其与传统的光谱OCT和扫频OCT的原理相结合,从理论和实验上发展出光谱时序光计算技术和扫频时序光计算技术。该两项技术通过光学傅里叶变换,可直接提取生物结构信息,无需高速A/D采样、传输和大数据处理,从根本上解决了目前高速OCT系统面临的海量数据处理的基本困难,实现了真正意义上的实时三维成像。本论文的研究结果充分表明,随着线性扫频激光器的发展和光计算技术的出现,高速、实时、高分辨、无损的OCT成像,将有望实现革命性的进步,并将在其它相关领域产生深远的影响,而其发展历程也必将给人们以长久的启迪。