双光子显微镜在厚生物组织中依然可以保持良好的空间分辨率，这一优点使得其诞生不久就被应用于在体脑成像研究。而神经网络在时空多个维度均具有跨尺度的特点，为满足脑科学研究中在体跨尺度脑成像的需求，双光子显微镜近年来有了快速且显著的发展。本文首先介绍了双光子显微镜的工作原理，然后在成像视野、成像通量、成像深度、分辨率、微型化5个方面详细综述了双光子显微镜研究的新进展，并深入分析了跨尺度双光子在体显微成像技术的难点及未来挑战。

双光子显微成像具备高分辨率、天然层析能力和大穿透深度等特点，在活体动物成像中发挥着重要作用。然而，如何在维持高分辨率的条件下，扩大双光子的成像视场，来满足生物医学中对大规模动态反应的监测需求，一直以来都是光学显微成像领域的难点，也是科研关注的重点。综述了大视场双光子成像技术的研究进展。首先介绍了双光子显微成像系统的产生背景和设计原理，并从光学不变量的角度阐述了实现大视场双光子成像的理论基础。然后重点回顾了现有的几种大视场双光子成像方法,分别包括了扫描中继系统的边缘像差校准、高通量物镜的设计研发和自适应光学方法的使用。基于双光子成像的高时间和空间分辨特性，大视场双光子成像技术将成为一种在脑科学等需介观高分辨成像领域的应用中实现大区域动态监测的强有力的工具。