跨脑区研究神经环路超微结构的分布特征和功能信息,对脑研究有重要的科学意义。超分辨定位像技术是光学成像领域的新突破,满足神经环路超微结构研究所需的空间分辨率。但是,该技术现在的成像视场大多局限在30μm x 30μm左右,难以满足跨脑区神经环路超微结构研究所需的厘米量级成像面积要求。发展大视场超分辨定位成像技术,有望在不牺牲该技术的空间分辨率和时间分辨率的前提下,实现神经环路超微结构的大面积超分辨定位成像。针对大视场超分辨定位成像这个技术挑战,本文从以下三个方面进行了研究。(1)研究了大视场超分辨定位成像的关键影响因素,提出了适用于大视场超分辨定位成像的高功率均匀照明方案。我们通过分析发现,高功率均匀照明是限制超分辨定位成像视场进一步提高的核心原因。为此,我们提出并实现了一种基于多模光纤的高功率光斑匀化方法,该方法中的光纤合束器在实现均匀照明的同时还可以提供明显优于文献水平的耦合效率(其中,561 nm为97%,639 nm为92%),解决了大视场超分辨定位成像的均匀照明问题。此外,相比于其他高功率光斑匀化方法,我们的方法可以通过合束来满足大视场成像所需要的高功率要求,以及输出方形匀化光斑来配合弱光相机的方形探测器形状,降低了激光功率要求。(2)研究并实现了物镜式大视场超分辨定位成像方法,其空间分辨率约为40nm,成像视场为221μm x 221μm。我们分析了不同照明方法在大视场超分辨成像中的应用潜力,提出并实现了基于落射式照明的物镜式大视场超分辨定位成像技术。该技术在40 nm的空间分辨率时,成像视场大小可以达到221μm x 221μm,是常规超分辨定位成像视场大小的50多倍,是目前文献中报告的最大成像视场的~5倍。(3)研究并初步实现了棱镜式大视场超分辨定位成像方法。我们分析了棱镜式大视场超分辨成像技术的优缺点,认为该技术可以实现物镜式大视场超分辨定位成像无法实现的高入射照明和全内反射照明。我们结合光纤合束器以及新设计的棱镜式照明系统,实现了基于高入射角照明的棱镜式大视场超分辨定位成像。该技术在40 nm的空间分辨率时,成像视场大小可以达到132μm x 200μm,是常规超分辨定位成像视场大小的~30倍,是目前文献中报告的最大成像视场的~3倍。跟物镜式大视场超分辨定位成像相比,棱镜式大视场超分辨定位成像由于可以使用高入射角照明,可以实现更高的信噪比。