相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）显微成像技术利用激光照射待测样品使样品分子化学键共振增强产生CARS信号,由于CARS信号强度主要源于分子化学键的振动,因此对于成像物质有着很强的化学选择性和化学特异性。在生命科学和生命医学成像中有着广泛的应用。本文通过对比传统单频CARS显微成像与多元CARS显微成像和高光谱CARS显微成像的优缺点,提出了本实验中基于光谱聚焦的CARS显微成像方法,开展了理论和实验研究,主要内容包括:首先建立了CARS过程的理论模型。通过光与物质相互作用产生的三阶非线性公式推导了CARS的信号强度公式,并根据CARS信号的强度公式推导了非共振背景的噪声公式,通过分析泵浦光和斯托克斯光啁啾脉冲作用产生的场强分析了飞秒啁啾脉冲实现CARS成像的模型。根据激光脉冲进入SF10玻璃棒后的展宽公式对光谱聚焦后的激光脉冲啁啾程度和脉冲宽度进行了模拟仿真。得到理论上泵浦光与斯托克斯光脉冲啁啾相同时所需要的玻璃棒长度。实验上设计搭建了一个基于单个飞秒激光振荡器的光谱聚焦CARS显微成像系统,单个飞秒激光脉冲经二向色镜分为两路分别作为泵浦光和斯托克斯光,在两束光路中插入SF10玻璃棒引入线性啁啾使脉冲展宽,展宽后的两路激光脉冲通过二向色镜合束后通过扫描系统控制系统实现对待测样品的扫描进而激发产生CARS信号,并对搭建实验时所用到的实验装置和光路模块的的参数功能以及扫描控制程序的具体工作流程和功能进行了详细的介绍。最后利用搭建的光路系统对聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和三聚氰胺晶体样品进行了相关显微成像实验。在对聚苯乙烯进行样品成像时,通过对聚苯乙烯产生的CARS光谱进行分析,推算出所搭建的光谱聚焦CARS显微成像系统的光谱分辨率。在对PMMA进行显微成像时,通过对光路的精细调节和BBO晶体和频信号实验使泵浦光和斯托克斯光在空间和时间上达到重合,利用扫描振镜控制重合后的脉冲激光在样品的扫描区域,完成对PMMA样品1 000×1 000像素的扫描成像,并根据成像结果分析,初步估算了显微成像系统的分辨率大小。在对三聚氰胺样品进行显微成像时,通过对三聚氰胺样品不同物镜倍数下的成像图像进行对比,分析了不同物镜条件下成像样品的成像质量情况。通过对三聚氰胺样品的CARS信号强度进行高斯点扩散函数拟合,进一步确认光谱聚焦CARS显微成像系统的分辨率。通过在泵浦光和斯托克斯光中插入二分之一波片改变激光脉冲偏振,验证了不同偏振条件CARS信号的非共振背景强度,得到了最大非共振背景抑制时半波片的旋转角度。