光学显微成像具有无损,分辨率高等优势,在生物医学研究中具有非常重要的作用。然而由于光学衍射极限的存在,普通光学显微成像的横向分辨率为200~300nm,纵向分辨率为500~600nm,远远满足不了生物医学家对生命活动过程的探索,特别是分子级的生命活动过程。因此,突破衍射极限的光学超分辨显微成像技术,成为研究热点。特别是荧光技术的发展,为光学超分辨显微成像技术打开了新的大门,如基于荧光强度调制的STED、PLAM等的超分辨显微成像技术,把光学显微的分辨率提高到几十纳米水平。而偏振作为荧光的一个基本特性,可以提供光强之外另一维度的对比度被引入到显微成像技术中。这些技术目前主要基于荧光吸收效率对激发光偏振方向的敏感性和荧光辐射光的偏振特性,来获取荧光分子的方向信息,从而成功用于探测生物分子的空间结构。本文基于荧光吸收效率对激发光偏振方向的敏感性,利用荧光偏振调制来增加样本图像的稀疏性,探究基于荧光偏振调制的超分辨显微成像技术。在研究中首先利用不同偏振方向的激发光来激发样本,基于全矢量模型进行仿真计算,获取受偏振调制后的荧光图像序列,并对其沿着偏振角变化方向进行傅里叶变换,观察其荧光分子分辨情况,结果证明偏振调制能实现超分辨识别作用;其次,在此基础上利用偏振调制共轭梯度算法(Polarization-modulated conjugate gradient method,P-CG)通过仿真分析多组不同距离不同方向差的荧光偶极子对,对获取的偏振调制图像序列进行超分辨重建,成像结果表明荧光偏振调制能够增加图像的稀疏性,实现超越衍射极限的分辨率,且其分辨率取决于荧光分子和周围分子的方向差,在宽场显微镜中,当方向差大于等于70°时,在共聚焦显微成像系统中当方向差大于等于30°时,均可以实现50nm的分辨率;最后在显微成像系统中,基于线偏光和径向偏振光的相干叠加,实现显微聚焦光场任意三维偏振方向的调控,并通过对样本平面外荧光偏振方向的调制,从而对具有样本平面外方向差的荧光分子实现超分辨显微成像。