现代生物光学成像技术正在大大的影响和改变着人们的生活，从光学成像技术的进一步发展上来看，更高分辨率、更快成像速度以及更深的活体组织成像是科学家和工程师都在追求的目标。稀土元素掺杂的上转换纳米晶(UCNPs)是一种在成像上具有显著优势的新型纳米发光探针，目前已经被广泛应用在生物研究中。为了获得更强的上转换荧光信号，实现更深的组织荧光成像和光动力治疗,需要大功率的激发光。然而，传统的三价Yb3+敏化的UCNPs，其固有的975 nm激发峰恰好也是水（生物主要组成部分）的强吸收峰，这会带来强光造成的生物光热损伤，非常不利于UCNPs的生物应用。2013年，人们提出一种新型激发的三价钕离子敏化的UCNPs(Nd-UCNPs)，这种UCNPs可以使用800nm波长光进行激发，显著降低了过去UCNPs（Yb3+敏化）在大功率光激发下的生物光热损伤，被看作是新一代的UCNPs。　　然而，这一全新UCNPs的提出时间不长，新的激发模式和发光机制下，仍有很多未知的问题值得研究。本文从这一新型UCNPs出发，分别构建了细胞显微成像和三层猪肉组织模型下的UCNPs成像模型,通过产格的光学参数设定和计算，进一步量化分析了从975 nm到795 nm这一激发模式改变对于显微成像和组织成像中的热损伤结果变化，并且结合发光机制的改变，计算分析了激发波长和发射波长变化对于深层组织成像可能带来的影响。　　另外，本文搭建了一套多光子扫描显微成像及光谱探测系统，并实现了在这一系统上基于时间相关单光子计数技术(TCSPC)的微秒毫秒量级的长寿命荧光寿命测量。首先，在这一探测平台上初步验证了新型的Nd-UCNPs在高分辨多光子成像和快速扫描成像上的优势;进一步利用Nd-UCNPs实现了一套简便的超高分辨率多光子显微系统，探究了实现可见光激发-可见光探测的四光子超分辨率成像的可能性;进一步，利用Nd-UCNPs强吸收导致的热效应显著降低了其荧光寿命，初步探究了实现快速UCNPs扫描显微成像的可能性。