光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，OCT)技术利用生物组织的后向散射光与参考光发生弱相干以获得生物组织的轴向信息，结合扫描成像方式，可实现对生物组织三维结构的层析成像。该技术有低侵入、高灵敏度、实时成像的特点，并且有微米量级的分辨率和1～3 mm的穿透深度，在生物医学领域有广阔的应用前景。　　OCT在医学领域应用的定位是疾病的早期诊断和实时监测，这个应用需求对OCT系统的分辨率和成像速度提出了很高的要求。本论文围绕OCT系统实现“高分辨”、“实时”成像这一核心问题，搭建了高分辨的全场光学相干层析显微成像(Optical Coherence Microscopy，OCM)系统，实时的频域OCT系统，以及高分辨、实时的线照明频域OCM系统，并对每个系统进行了性能分析和实验测试，以及开展了相应的生物应用的实验研究。　　本研究中，搭建的全场OCM系统，横向分辨率<3μm（根据物镜选择和放大倍率可调），纵向分辨率是~1μm，具有“高分辨”的特点。但是由于成像速度受到限制，全场OCM系统适合对离体的生物样品做高分辨的成像和分析。论文中通过实验证明了全场OCM系统在相位测量、折射率测量、细胞和生物组织3D结构测量方面的能力，并研究了全场OCM系统的高分辨特点对激光与生物组织（结石）相互作用机理研究的重要作用。　　搭建的频域OCT系统，具有“实时”成像的特点。该系统利用图形处理器(GraphicS Processing Unit，GPU)加速技术，使成像速度（包括图像数据采集和图像重构、显示）高达~20帧/秒（图像大小1000×512像素）。系统横、纵向分辨率为~14μm，成像深度为~2 mm，灵敏度为90 dB，适合各种生物组织的断层剖面结构成像。在对系统应用的研究中，通过在体实验揭示了实时、大视场显示的频域OCT系统对皮肤科学研究的重要意义。另外，基于频域OCT原理提出了一种快速、稳定、适合大尺度范围、高精度的测量薄膜厚度的方法。　　在全场OCM系统和频域OCT系统的基础上，本论文最后提出了一种线照明频域OCM成像方式，可以将全场OCM高分辨的优点和频域OCT实时成像的优点融合在一起。论文中通过实验对该成像方式的可行性进行了探索。实验结果表明，该系统实现了~3μm的横向分辨率，~1.4μm的纵向分辨率，并且成像速度为~10帧/秒（图像大小1024×1280像素）。