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雙光子物理是粒子物理學中描述兩個光子間相互作用的一個分支。一般來說，光束在發生交叉時并不會發生擾動。在一些特定的光學材料中，如果光束的強度足夠高，那么這些光束就可以通過一系列的非線性效應彼此影響。在純真空的環境中，如果雙光子系統的質心能量足夠大，那么就會發生由光引起的較弱的光散射。另外，如果該能量高于某一閾值，部分能量就會轉化為新的物質。
雙光子顯微鏡帶有的超高靈敏度的直接探測器能記錄組織深層最細微的內部結構。多達7個的外置通道以及光譜拆分軟件充分支持多色的多光子實驗。再結合高速12kHz掃描頭和最大掃描視野，將軸向位移減至最小，有效地收集來自深層組織的微弱光子，使圖像更明亮，將對標本的光毒性減至最小。
雙光子顯微鏡的優勢：
雙光子熒光顯微鏡有很多優點：
1）長波長的光比短波長的光受散射影響較小容易穿透標本；
2）焦平面外的熒光分子不被激發使較多的激發光可以到達焦平面，使激發光可以穿透更深的標本；
3）長波長的近紅外光比短波長的光對細胞毒性??；
4）使用雙光子顯微鏡觀察標本的時候，只有在焦平面上才有光漂白和光毒性。所以，雙光子顯微鏡比單光子顯微鏡更適合用來觀察厚標本、更適合用來觀察活細胞、或用來進行定點光漂白實驗。
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