研究大脑神经网络的结构和功能是当前神经科学领域的热点。大脑神经网络具有分布广、结构精细、响应速度快等特点。这些特点对获取神经网络的结构和功能信息带来了很大困难，也因此目前人们仍对神经信号的处理和整合过程缺乏深刻而直观的认识。基于声光偏转器的快速无惯性扫描技术具有速度快、精度高的特点，近年来在神经网络的结构和功能研究中有了很好的应用。　　然而声光偏转器在快速无惯性扫描的场合中，会遇到非准直光入射的情况，声光偏转器对入射光发散度敏感性高的特点势必会造成对衍射光性质的影响。目前有关快速声光扫描系统的研究，其主要关注点在声光偏转器的色散特性上，而非准直光入射情况下声光偏转器衍射光性质尚未研究清楚，缺乏这种衍射光变形影响成像分辨率的评估方法。缺乏理论指导的快速声光扫描系统在提高成像分辨率方面进展缓慢。　　本文结合理论和实验手段对非准直光入射下声光偏转器的衍射光性质开展了深入系统的研究，阐明了衍射光性质随入射光发散度变化的规律，阐明了衍射光变形对成像分辨率影响的规律，为快速声光扫描双光子系统的优化设计提供了理论依据。主要的研究内容包括：　　研究了声光偏转器的等效传递函数。介绍了从声光耦合波理论或参量互作用理论推导声光偏转器的等效传递函数的过程。讨论了超声频率、声光互作用长度这两方面对声光偏转器的等效传递函数的影响。　　研究了非准直光入射下声光偏转器的衍射光性质。从声光偏转器的等效传递函数出发，推导出非准直光入射下声光偏转器衍射光性质的理论计算方法。分别讨论了声光偏转器内只用一种超声频率和声光偏转器内含有线性啁啾超声频率这两种情况下的衍射光性质。通过理论分析和实验结果，总结了衍射效率随入射光发散度增大而下降的规律、衍射光斑尺寸随入射光发散度增大而减小的规律、啁啾频率模式下衍射光性质随时间变化的规律。　　提出了快速声光扫描双光子成像系统的一个设计标准，并介绍该系统的应用例子。根据衍射光斑形状随入射光发散度变化的规律，讨论快速声光扫描双光子成像系统中光斑变形与扫描速度的关系，并通过实验结果说明这种光斑变形对成像分辨率的影响。给出了光斑变形导致分辨率下降的临界条件，推导出临界扫描速度的计算公式，以此作为选取快速声光扫描成像系统设计参数的衡量标准之一。详细介绍了快速声光扫描双光子成像系统各模块的设计思路，并给出系统的横向空间分辨率测试结果。最后介绍快速声光扫描双光子成像系统在神经科学中的应用例子，包括在钙功能成像中应用和在获取精细荧光鼠脑数据集中的应用。