一個分子一次吸收一個光子從基態躍遷至激發態，當受高光子密度入射光激發，一個分子一次可吸收多個光子，即多光子激發。多光子激光掃描顯微鏡，基于多光子激發原理制造而成，屬于高端熒光顯微鏡，具有成像穿透深度深、光學切片能力強、三維分辨率高等特點，樣本觀察能力更為優秀。
多光子激光掃描顯微鏡是在激光掃描共聚焦顯微鏡的基礎上發展而來，1997年，美國伯樂（Bio-Rad）推出全球首臺雙光子激光掃描顯微鏡，此后，多光子激光掃描顯微鏡行業開始發展，進入布局企業逐漸增多。
多光子激光掃描顯微鏡采用脈沖激光器作為光源，常見的是飛秒激光器，峰值功率高；利用波長較長的紅外激光激發熒光，紅外激光對生物組織穿透力強；采用多光子激發熒光分子，只激發焦點附近的熒光，定位準確。
多光子激光掃描顯微鏡具有光散射小、可對生物組織深層進行層析成像、深層成像信噪比好、對活性標本殺傷極小、可長時間觀察活細胞、適合多標記復合測量、三維分辨率高、可獲得高質量圖像等特征，適用于活組織、厚切片樣本研究領域。
多光子激光掃描顯微鏡可以廣泛應用在生物學研究、神經學研究、組織學與胚胎學研究、醫學成像、單分子探測等方面，包括觀察腦組織切片神經細胞、腦皮層毛細血管網、腦細胞鈣動力學、胚胎發育過程等，并進行成像，可將獲得的三維數據進行存儲，且可實現三維方向的微加工，除了醫學領域外，還可以應用到電子、材料等領域。
根據新思界產業研究中心發布的
《2024-2029年中國多光子激光掃描顯微鏡行業市場深度調研及發展前景預測報告》顯示，預計2023年，全球多光子激光掃描顯微鏡市場規模約為1.95億美元，預計2023-2029年將以7.8%的年復合增長率增長，到2029年市場規模將達到3.06億美元；預計2023年，中國多光子激光掃描顯微鏡市場規模約為2866萬美元，預計2023-2029年將以9.6%的年復合增長率增長，到2029年市場規模將達到4962萬美元。
新思界
行業分析人士表示，在全球范圍內，多光子激光掃描顯微鏡生產商主要有卡爾蔡司（Carl Zeiss AG）、奧林巴斯（Olympus Corporation）、徠卡（Leica Microsystems）、尼康（Nikon Corporation）、布魯克（Bruker）、索雷博（Thorlabs）、Femtonics、Scientifica、Sutter Instrument、LaVision BioTec等。在我國，2018年由中國科學院蘇州醫工所研制出了雙光子顯微鏡、雙光子-STED顯微鏡。
